Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts"

Transkript

1 Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts T. Alataş 1,*, A. İstek 2 1 Fırat Üniv. Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Böl. Elazığ, Türkiye. 2 Fırat Üniv. Keban MYO, Elazığ, Türkiye. Abstract Highway pavements are usually made as hot mix asphalt (HMA). High temperatures are needed during the preparation and laying of HMAs. Due to the adverse effects of high temperature, a new technology, warm mix asphalt (WMA) has been developed. Warm mix asphalt technology enables asphalt production and laying at lower temperatures. Warm mix asphalts can be obtained by using additives. Depending on the increasing traffic loads and climate conditions, deformations such as the wheel tracking, cracks, moisture-induced damage occur in flexible pavements. In many countries, various WMA additives have been added to bituminous binders to achieve modified bitumens to delay these deteriorations, reduce maintenance and regeneration needs less frequently, and improve pavement performance. In this study in warm mix asphalts, studies on modified bituminous and bituminous mixtures were carried out using various additives were demonstrated. Keywords: Warm mix asphalt, additive materials, hot mix asphalt, highway. 1. GİRİŞ Asfalt üretiminde uygulamaya konulan bilimsel gelişmelerden biri de ılık karışım asfalt teknolojisidir. Ilık karışım asfalt teknolojisi ile daha düşük sıcaklıklarda asfalt üretimi ve dökümü mümkün olmaktadır. Ilık karışım asfaltlardaki durum, sıcak karışım asfaltlara oranla 20 o C ile 55 o C daha düşük sıcaklıklarda bağlayıcının viskozitesini düşürerek bağlayıcının agregayı tamamen sarması ile, agrega ile bağlayıcı arasında gerekli aderansın sağlanmasıdır. Aynı mekanizma ile karışımın düşük sıcaklıklardaki işlenebilirliğini de iyileştirmektedir. Düşük sıcaklıklardaki karışımın sıkıştırma yeteneğini iyileştirerek kaplamanın yaşlanma sertleşmesine ve nem hasarına sebep olan geçirgenliğini de azaltmaktadır. Ayrıca ılık karışım asfalt teknolojisi, soğuk havalarda kaplama yapılacağı durumlarda ya da asfalt karışımın serilmeden önce uzun süre taşınmasının gerekli olduğu durumlarda fayda sağlamaktadır. Karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıkları ile çevre sıcaklığı arasındaki farkın azalmasından dolayı, sıkıştırma için gerekli olan zaman aralığı artacaktır [1]. Ilık karışım asfalt teknolojisi, Kyoto Protokolü ne cevaben sera gazlarının azaltılması amacıyla Avrupa da başlatılmıştır. Daha sonra çevresel duyarlılığın artması ve enerji maliyetlerinin yükselmesi sebebiyle dünya genelinde popülaritesi artmıştır. Şu ana kadar pek çok ülkede, karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarını düşürmek için birçok yöntem geliştirilmiştir. Ilık karışım asfalt teknolojisinin avantajlarını kısaca özetlersek: -Gaz emisyonunu azaltır. -Enerji tüketimini azaltır. -Asfaltın işlenebilirliğini ve sıkıştırma verimliliğini arttırır. -Soğuma süresini düşürdüğü için yolun trafiğe açılma süresini azaltır. 2512

2 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Havalimanı kaplamalarında yapılacak onarım işlerinde, ekonomik şartlar sebebiyle yolun uzun süre trafiğe kapalı kalmaması gerektiğinden ılık asfalt kullanımı yerinde bir seçim olacaktır [2]. Pawma-1, ülkemizde üretilen bir ılık karışım asfalt katkı maddesidir. Yurtdışında çeşitli ülkelerdeki arazi deneylerinde kullanılmış ve olumlu sonuçlar vermiştir [3]. Leadcap, Kumho Petrokimyasal şirketi ile Kore İnşaat Teknoloji Enstitüsü işbirliği ile geliştirilen bir ılık karışım asfalt katkı maddesidir. Laboratuvar çalışmalarında ve çeşitli ülkelerdeki arazi deneylerinde denenmiş ve olumlu sonuçlar alınmıştır [4]. Dünyanın birçok yerinde ılık karışım asfalt ile arazi uygulamaları yapılmıştır. Ülkemizde 2015 yılı haziran ayında TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Kimya Enstitüsü ile Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) Araştırma ve Geliştirme Daire Başkanlığı tarafından yürütülen "Ilık Karışım Asfalt Katkıları Üretim Teknolojilerinin Geliştirilmesi" projesi kapsamında Ankara çevre otoyolunda ilk uygulama gerçekleştirilmiştir [5]. Ilık karışım asfalt kullanımının avantajları aşağıda verilmiştir [1]: -Emisyonların azalması: Genel olarak ılık karışım asfalt kullanımı ile karbon dioksit (CO2) ve sülfür dioksit (SO2) %30 %40, organik bileşenler %50, karbon monoksit (CO) %10 %30, azot oksitler (NOx) %60 %70, toz %20 %25 oranlarında azalmaktadır. -Yakıt kullanımının azalması: Genel olarak ılık karışım asfalt kullanımı ile yakıt kullanımındaki azalma oranı %11 ile %35 arasında değişmektedir. Karışımlardaki agreganın suyun kaynama noktasından daha fazla ısıtılmadığı düşük enerjili asfalt karışımlarında bu azalma oranı %50 ye kadar yükselmektedir. -Yapım esnasındaki avantajlar: Düşük sıcaklıklarda karışımın yoğunluğu korunarak kaplama yapılabilmekte, daha az çabayla işlenebilirliği azalmadan uzun mesafelere taşınabilmekte ve istenilen boşluk oranında sıkıştırılabilmekte, eski bitümlü karışımların yeniden kullanılma oranını arttırmaktadır. -İşçilerin maruz kaldığı emisyonların azalması: Genel olarak ılık karışım asfalt kullanımı ile koku, duman ve poliaromatik hidrokarbonların emisyonlarında %30 ile %50 arasında değişen azalmaların olduğu görülmüştür. Ilık karışım asfaltlarda bazı sınıflandırmalar üretim sıcaklığına göre yapılmaktadır. Bu sınıflandırmalara göre, üretim sıcaklığı 0-30 o C arası olanlar soğuk karışım, o C arası olanlar yarı ılık karışım asfalt, o C arası olanlar ılık karışım ve son olarak üretim sıcaklığı o C olanlar ise sıcak karışım asfaltlar olarak sınıflandırılmaktadır. Şekil 1. üretim sıcaklıklarına göre sınıflandırılan karışımları göstermektedir [1]. Şekil 1. Sıcaklıklara göre sınıflandırma [1]. 2513

3 Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts, 2. ILIK KARIŞIM ASFALT TEKNOLOJİSİNİN GELİŞİMİ T. Alataş, A. İstek Ilık karışım asfaltlarla ilgili ilk çalışmalar 1956 yılında Iowa Eyalet Üniversitesinde gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalarda sıcak karışımların karıştırma sıcaklığını düşürmek için sıcak bitüme buhar enjekte edilerek bitüm köpüklendirilmiştir yılında Mobil Oil Avusturalya bitümü köpüklendirmek için buhar yerine soğuk su kullanarak işlemi pratik hale getirmiştir [6] li yıllarda emülsiye asfaltlarla stabilize edilmiş kaplamalarla ilgili yeni metotlar geliştirilmiş ve bu çalışmalar 1977 yılında yayınlanmıştır [7] yılında Mitteldeutsche Hartstein Endüstrisi tarafından Aspha-min zeolit ılık karışım asfalt katkı maddesi Almanya da geliştirilmiş ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir yılında Norveç te köpük ılık karışım asfalt testleri yapılmıştır yılında Fischer Tropsch parafin sentezi ile üretilen Sasobit katkılı ılık karışım asfalt kaplamalar Almanya nın Hamburg şehrinde yapılmıştır. İlk testleri Norveç te yapılan Aspha-min zeolit köpük asfaltın arazi uygulamaları Almanya da 1999 yılında gerçekleştirilmiştir yılında ABD Ulusal Asfalt Kaplama Birliği (NAPA) yöneticileri ılık karışım asfalt teknolojilerini araştırmak için Danimarka, Norveç ve Almanya ya inceleme gezisi gerçekleştirmişlerdir yılında ılık karışım asfalt teknolojileri NAPA nın uluslararası kongresinde yer almıştır yılında Amerika nın Florida ve Kuzey Carolina bölgelerinde arazi denemeleri yapılmıştır yılında NAPA ve ABD Federal Otoyol İdaresi (FHWA) ılık karışım asfalt teknik çalışma grubunu oluşturmuşlardır. Bu çalışma grubunun ana amacı ılık karışım asfalt denemelerinin veri toplama sistemini geliştirmek olmuştur. Bu veri sisteminin temel unsuru, ılık karışım asfalt testlerinin yapıldığı yol kesimi ile kontrol kesimi olarak sıcak karışım asfaltların yapıldığı kısımların karşılıklı performans karşılaştırmalarını içermesidir. Toplanan veriler ile ılık karışım asfaltlarla ilgili bir genel kılavuz geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca 2005 yılında Amerika ve Kanada da birçok yerde arazi uygulamaları yapılmıştır yılında Amerikan Devlet Karayolu ve Ulaştırma İdaresi (AASHTO) ve ABD Ulusal Karayolu Araştırma Programı Kooperatifi (NCHRP) bir takım oluşturarak ılık asfalt karışımlarla ilgili uluslararası bir inceleme gezisi planlamışlardır. Oluşturulan takım 2007 yılı mayıs ayında Avrupa ya gitmiştir. Takım Belçika, Fransa, Almanya ve Norveç te incelemelerde bulunmuştur. Avrupa kökenli ılık karışım asfalt üretimi ve uygulaması konularında Amerika Birleşik Devletleri nde de büyük aşamalar kaydedildiği görülmüştür. Ilık karışım asfaltların tasarım metotları ile ilgili ilk NCHRP projesi 2007 yılında başlamış ve 2011 yılında tamamlanmıştır yılında ılık karışım asfalt teknik çalışma grubu, karayolu inşaatlarında kullanılmak üzere AASHTO formatında bir ılık karışım asfalt kılavuzu geliştirmişlerdir. NCHRP, ılık karışım asfaltların mühendislik özellikleri, gaz emisyonları ve arazi uygulamalarıyla ilgili bir belge yayınlanmıştır yılı kasım ayında Nashville, Tennessee de ilk uluslararası ılık karışım asfalt konferansı gerçekleştirilmiştir yılları arasında Amerika da arazi uygulamalarında büyük bir artış olmuştur [8] yılında Ankara Çevre Otoyolu Karapürçek Kavşağı kesiminde 11 Haziran'da "Ilık Karışım Asfalt Deneme Yolu" olarak uygulama yapılmıştır. Söz konusu teknoloji ile plentte karıştırma sıcaklıkları o C daha azaltılarak o C sıcaklıklara düşürülmüştür [9]. 3. ILIK KARIŞIM ASFALT ÜRETİM TEKNİKLERİ Ilık karışım asfalt, üretim tekniklerine göre kimyasal, organik ve köpük asfalt katkılı ılık karışımlar olmak üzere 3 şekilde üretilmektedir: 1. Kimyasal katkılarla üretim: Kimyasal katkı maddeleri bitümün viskozitesini değiştirmezler, bu katkılar bitüm ile agreganın ara yüzeyindeki sürtünme kuvvetlerini azaltan maddelerdir. Bu katkılar kullanılarak karışım sıcaklığı en az 30ºC azaltılabilmekte ve karışım 140ºC ile 85ºC arasındaki sıcaklıklarda üretilebilmektedir [10]. 2. Organik katkılarla üretim: Organik katkı maddelerinin kullanıldığı işlemler, vaksın erime noktası üzerinde viskozitenin azalması prensibine bağlıdır. Vaksın erime noktasının, kaplamada beklenilen servis 2514

4 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey sıcaklığından daha yüksek olması gerekmektedir, aksi halde kalıcı deformasyon oluşabilmektedir. Diğer taraftan karışımın düşük sıcaklıklarda da kırılgan olmasının engellenmesi için, vaks tipinin çok özenli seçilmesi gerekmektedir. Organik katkılar, karışımda kullanılan bitümün penetrasyonuna bağlı olarak karışımın sıcaklığının o C azalmasını sağlayarak, yaklaşık 130 o C civarında karışım üretilmesine olanak sağlamaktadır [11]. 3. Köpüklendirme tekniğiyle üretim: Köpük asfalt tekniği olarak adlandırılan yöntemde, bitümün köpük durumuna getirilmesi ya da mineral bir malzeme ilavesi ile malzemenin bünyesindeki suyun açığa çıkarılması yöntemleri kullanılmaktadır. Sıcak bitüme az miktarda su eklenmesiyle atmosferik basınç altında belirli bir hacimdeki su buhar haline dönüşmekte ve bitüm köpük durumuna gelmektedir. Diğer bir yöntemde ise zeolit gibi bünyesinde kristal su bulunduran bir malzemenin veya rutubetli agreganın bitümlü bağlayıcıya ilavesi ile bağlayıcı genleşmekte ve viskozitesi azalmaktadır. İlave edilen suyun miktarına ve bağlayıcı sıcaklığına göre genleşme miktarı değişmektedir. Zeolit, bünyesinde %20 kristal su bulunduran bir alüminyum silikat malzemedir. Sıcaklık artışı ile bu madde kristal suyunu kaybetmektedir. Karışıma kontrollü şartlarda eklenen bu malzemeden ayrışan su buharı bitümün hacmini bir miktar artırarak, bağlayıcının viskozitesini azaltmaktadır. Karışım sıcaklığı 100 o C nin altına düşünceye kadar 6 7 saat içinde kademeli bir şekilde gerçekleşen su çıkışı sonucunda karışımın işlenebilirliği artmaktadır. Köpüklendirme tekniği ile karışım sıcaklığı yaklaşık 30 o C azalmakta ve karışımın işlenebilirliği artmaktadır [12]. 4. ILIK KARIŞIM ASFALTLARLA İLGİLİ YAPILAN ÇALIŞMALAR Xiao ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, Sasobit, Rediset WMX, Cecabase ve Evotherm ılık karışım asfalt katkı maddelerinin, bağlayıcıların yüksek sıcaklık performansına olan etkileri incelenmiştir. Ilık asfalt katkı maddelerinin bağlayıcıya etkilerini belirlemek için viskozite, elastik geri dönme, DSR gibi geleneksel test yöntemleri ve kızılötesi spektroskopi (FTIR) yöntemi icra edilmiştir. Test sonuçları, ılık asfalt katkı maddelerinin yavaşça viskoziteyi düşürdüğünü ve böylece karışımın, karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarının düştüğünü göstermiştir. [13]. Banerjee ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmada, uzun dönem yaşlandırılmış ılık asfalt karışımların reolojik özellikleri incelenmiştir. Sasobit, Rediset, Evotherm ve Cecabase katkı maddeleri kullanılmıştır. Katkı maddeleri PG bağlayıcıya ilave edilmiş ve 10 farklı yükleme frekansında ve 3 farklı sıcaklık derecesinde oksidatif yaşlanmaya maruz bırakılmıştır. Deneyler sonucunda Rediset katkılı bağlayıcının en düşük kayma modülüne sahip olduğu Rediseti sırasıyla Evotherm, Cecabase ve Sasobitin takip ettiği görülmüştür. [14]. Su ve ekibi yaptıkları çalışmada, ılık karışım asfaltların havalimanı kaplamalarının rehabilitasyonunda kullanımının laboratuvar ölçümleri yapılmıştır. Üç farklı ılık asfalt katkısı, (farklı gradasyonlarda) sistematik olarak araştırılmış ve havalimanlarında kullanılan geleneksel sıcak asfalt karışımlarla karşılaştırılmıştır. Tekerlek izi deneyi, su altında tekerlek izi deneyi, sökülme deneyi, statik eğilme ve yorulma eğilmesi testleri yapılmıştır. Ilık asfalt karışımları ticari olan katkı maddelerinin özelliklerine göre iki farklı sıcaklıkta (sıcak asfalt karışımlardan 30 o C ve 50 o C daha düşük) üretilmişlerdir. Test sonuçlarına göre, kaba gradasyonlu ve sıcak asfalt karışımlardan 30 o C daha düşük sıcaklıkta üretilen ılık asfalt karışımları, sıcak asfalt karışımlarla benzer özellikler göstermiştir ve kullanımı tavsiye edilmiştir [2]. Şengöz ve Oylumluoğlu nun yaptıkları çalışmada, ılık asfalt karışımların geri dönüştürülmüş asfalt kaplamalarda kullanımı araştırılmıştır. Katkı maddesi olarak Rediset kullanılmıştır. %10, %20, %30, %40 ve %50 geri dönüştürülmüş asfalt kaplamalarda bitüm ağırlığının %2 si kadar Rediset kullanılmış ve Marshall testi yapılmıştır. Test sonuçlarına göre Rediset katkısı bitümün özelliklerini iyileştirmiştir. Kontrol numuneleriyle, Rediset kullanılan geri dönüştürülmüş asfalt karışımlarının stabiliteleri benzer çıkmıştır [15]. Bayazit ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, ılık asfalt karışımların mekanik özellikleri araştırılmıştır. 160/220 penetrasyon derecesindeki bitüme Fischer-Tropsch parafin mumu ve polietilen mum bitüm ağırlığının %6 sı oranında ilave edilmiştir. Asfalt karışımların mekanik özellikleri Marshall testi ve indirekt 2515

5 Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts, T. Alataş, A. İstek çekme direnci deneyleri ile belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre Fischer-Tropsch parafin mumu katkılı numunelerin Marshall stabiliteleri ve ITS değerleri kontrol numunelerine göre daha yüksek çıkarken, polietilen mum katkılı numunelerin Marshall stabiliteleri ve ITS değerleri kontrol numunelerine göre daha düşük çıkmıştır [16]. Akisetty, Lee ve Amirkhanian yaptıkları çalışmada, ılık asfalt katkısı içeren kauçuk esaslı asfalt bağlayıcıların yüksek sıcaklık performansları araştırılmıştır. Asphamin ve Sasobit beş farklı bağlayıcıya, bağlayıcı ağırlığının %10 u kadar ilave edilmiş ve RTFOT, DSR ve RV deneyleri yapılmıştır. Katkı maddeleri bağlayıcının viskozitesini önemli derecede azaltmıştır. [17]. Lee ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, laboratuvarda uzun dönem yaşlandırılmış ılık asfalt bağlayıcıların özellikleri belirlenmiştir. Sasobit ve Asphamin katkılı geri dönüştürülmüş asfalt bağlayıcılar, RTFOT ve PAV deneyleri ile kısa ve uzun süreli olarak yaşlandırılmıştır. Geri dönüştürülmüş ılık asfalt bağlayıcıların viskoziteleri azalmıştır ve bu azalmanın miktarında kullanılan bağlayıcının performans derecesi önemli rol oynamıştır. [18]. Xiao, Zhao ve Amirkhanian yaptıkları çalışmada, ılık asfalt katkılı kauçuk esaslı asfaltların yorulma davranışı incelenmiştir. Yorulma kirişleri, ılık asfalt katkıları olarak Asphamin ve Sasobit, iki farklı agrega kaynağı, ve tek tip parça kauçuk kullanılarak yapılmış ve 20 o C de test edilmiştir. Test sonuçlarına göre parça kauçuk ve ılık asfalt katkıları hem karışımın karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarını azaltmış hem de kaplamanın uzun dönem performansını geleneksel asfalt kaplamalara göre dikkate değer bir ölçüde arttırmıştır [19]. Silva ve ekibi yaptıkları çalışmada, sentetik parafin balmumu içerikleri ve bağlayıcıların farklı karışımları kullanarak elde edilen ılık karışım asfaltların optimizasyonu araştırılmıştır. Belli bir miktar sentetik parafin balmumu içeren farklı bitümlü karışımların özelliklerini belirlemeye çalışmışlardır. Çalışmanın sonucunda karışımların diğer özelliklerinden ödün vermeden, karışımdaki sıcaklık azalmasını, tekerlek izi direncini ve yorulma ömrünü maksimize etmek için farklı karışım tiplerinin seçilebileceği görülmüştür. [20]. Sanchez-Alonso ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmada, ılık asfalt katkılı bitümlerin mekaniksel özellikleri ve sıkıştırılabilirliği araştırılmıştır. Kimyasal ve organik ılık asfalt katkı maddeleri kullanılmıştır. Üç farklı referans sıcaklığında yapılan test sonuçlarına göre, üretim sıcaklığının azalmasıyla daha az sıkıştırma enerjisi gerekmektedir ve referans numunelerine göre katkılı numunelerin suya olan hassasiyeti iyileşmektedir. [21]. Kim ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, ılık asfalt karışımların nem hasarına karşı dayanım karakteristikleri arazi ve laboratuvar testleri ile araştırılmıştır. Laboratuvar test sonuçlarına göre ılık karışım asfaltların nem hasarına karşı dayanımı sıcak asfalt karışımlara göre daha yüksek çıkmıştır. Asfalt kaplamaların inşasından sonra 3 yıl içinde alınan erken verilere göre tekerlek izi ve çatlak performansı hem ılık hem de sıcak karışım asfaltlarda laboratuvar test sonuçlarıyla uyumlu ve tatmin edici olmuştur [22]. Ünvermez in yaptığı çalışmada, ılık karışım asfaltların mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla yüksek penetrasyonlu bitümlü bağlayıcı, polietilen vaks ile modifiye edilmiş ve sasobit ile modifiye edilmiş bağlayıcılarla hazırlanan numuneler üzerinde Marshall stabilite ve indirekt çekme dayanımı testleri yapılmıştır. Yüksek penetrasyonlu bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numunelere göre, sasobit katkılı numunelerin Marshall stabilite değerleri %7,1 oranında artmış ancak, polietilen vaks katılan numunelerin Marshall stabilite değerleri ise %4 oranında azalmıştır. [23]. Bayazit in yaptığı çalışmada, 50/70 penetrasyona sahip bitüme, Fischer Tropsch Vaks, Polietilen Vaks ve Montan Vaks %6 oranında ilave edilerek ılık karışım asfaltlar hazırlanmış ve bu karışımların Marshall stabiliteleri belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda vaks katılarak hazırlanan karışımların Marshall stabilitelerinin, farklı sıkıştırma sayıları altında önemli oranda değişmediği görülmüştür. Nicholson soyulma deneyleri sonucunda karışımların soyulmaya karşı dirençli oldukları tespit edilmiştir. AASHTO T-283 deneyleri sonucunda ise katkıların eklenmesiyle karışımların neme karşı hassasiyetlerinin arttığı görülmüştür [24]. 2516

6 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Kaya nın yaptığı çalışmada, Sasobit, Rediset, Advera ve bunlara alternatif olabileceği düşünülen doğal zeolit kullanılarak Marshall ve Superpave tasarım yöntemleri ile ılık karışım asfalt numuneleri üretilmiştir. Deneysel sonuçlara göre, her iki tasarım yönteminde de katkı maddeleri ile üretilen asfalt numunelerinin optimum bitüm miktarları, geleneksel bitümlü sıcak karışım numunelerine oranla daha düşük çıkmıştır. Böylece, düşük sıcaklıklarda üretilen ılık karışım asfalt teknolojisinin ekonomik olarak avantaj sağladığı belirlenmiştir. [25]. Köse nin yaptığı çalışmada, ılık karışım asfaltların buz çözücü kimyasal olan NaCl ye karşı dayanımının belirlenmesi amacıyla, bitümlü sıcak karışım ve bitümlü ılık karışım olmak üzere iki grup Marshall numuneleri üretilmiştir. Her iki gruptan da referans numuneler ayrılarak diğer numuneler aşındırıcı çevre şartlarına maruz bırakılmışlardır. Aşındırıcı çevre şartları olarak saf su ve NaCl kullanılmıştır. NaCl çözeltisinin konsantrasyonları %0,8 %1,6 %2,1 %6,5 ve %10,4 olarak seçilmiştir. Marshall stabilite testi sonuçlarına göre, bitümlü ılık karışımların, bitümlü sıcak karışımlara göre buz çözücü kimyasal madde olan NaCl ye karşı dayanımının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir [26]. Abdullah ve ekibi yaptıkları çalışmada, nanokil ve kimyasal ılık karışım asfalt katkısı ile modifiye edilmiş bağlayıcıların yüksek sıcaklık performansları araştırılmıştır. 80/100 Penetrasyon derecesindeki bitüme %1, %2 ve %3 oranlarında kimyasal ılık karışım asfalt katkısı ve %4 oranında nanokil ilave edilerek modifiye bağlayıcılar elde edilmiştir. Deney sonuçlarına göre, sıcak karışım asfaltlarla karşılaştırıldığında, modifiye ılık karışım asfaltların esneklik modülü değeri küçük bir miktar azalırken, nem hasarı, kalıcı deformasyon ve tekerlek izi değerlerinde önemli ölçüde iyileşme görülmüştür [27]. Mansourian, Razmi ve Razavi yaptıkları çalışmada, düzensiz dağıtılmış jüt lifleri ile güçlendirilmiş ılık karışım asfaltların düşük sıcaklık performansları araştırılmıştır. Sasobit katkısı ve %0 %0,3 %0,5 ve %0,7 oranlarında jüt fiberi içeren ılık karışımların 0 o C, -10 o C ve 20 o C sıcaklıklarda kırılma dirençleri ölçülmüştür. Araştırma sonuçlarına göre jüt lifleri ılık karışım asfaltların kırılma direncini arttırmıştır [28]. Cucalon ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmada, ılık karışım asfaltların nem hasarına karşı dayanımları laboratuvar testleri ile araştırılmıştır. Çalışma sonucunda, ılık karışım asfaltların nem hassasiyetinin sıcak karışım asfaltlara göre daha yüksek olduğu, geri dönüştürülmüş asfalt ilavesinin ılık karışım asfaltlarda kayda değer bir faydasının görülmediği fakat soyulma önleyici katkıların karışımların nem hasarına karşı dayanımlarını önemli oranda iyileştirdiği tespit edilmiştir [29]. Dokandari ve ekibi yaptıkları çalışmada, organik ılık karışım asfalt katkı maddesinin bitümlü karışımların yaşlanma özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre, bitümlü sıcak karışımlara oranla organik katkı içeren ılık karışım asfalt numunelerinin yaşlanmaya karşı daha dayanıklı olduğu görülmüştür [30]. Lee ve ekibi yaptıkları çalışmada, iki farklı Leadcap katkısının KW3 (toz halinde) ve KW6 (granüler halde) asfalt kaplamalardaki performans karakteristikleri incelenmiştir. Hem TRLPD hem de APA test sonuçlarına göre KW3 ve KW6 katkılı karışımların tekerlek izine karşı sıcak asfalt kaplamalara göre daha iyi performans göstermiştir. KW3 katkılı karışımın tekerlek izine karşı direnci KW6 katkılı karışımdan yüksek çıkmıştır. Sıcak karışım asfaltların ve KW6 katkılı ılık asfalt karışımların yorulma dirençlerin birbirine yakınken KW3 katkılı karışımların yorulma direnci daha düşük çıkmıştır. Fakat KW6 katkılı karışımların nem hasarına karşı hassasiyeti artmıştır [31]. Kim ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada, atık lastik parçacıkları ve Leadcap ılık karışım katkısı içeren bağlayıcıların yüksek, orta ve düşük sıcaklıklardaki reolojik özellikleri incelenmiştir. Ilık karışım asfalt katkı ilavesi ile bağlayıcının viskozitesi düşmüş, yüksek sıcaklıklardaki reolojik özellikleri iyileşmiş, düşük ısı çatlaklarına karşı dayanımı artmıştır. [32]. Mazumder, Kim ve Lee yaptıkları çalışmada, Sasobit ve Leadcap katkılı bağlayıcıların performans özellikleri incelenmiştir. Katkı ilavesi ile bağlayıcıların viskozite değerleri azalmıştır. Her iki katkı maddesinde de viskozitedeki azalma benzer çıkmıştır. [33]. 2517

7 Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts, 5. SONUÇLAR T. Alataş, A. İstek Yüksek sıcaklığın olumsuz etkileri nedeniyle, yeni bir teknoloji olan ılık karışım asfalt geliştirilmiştir. Ilık karışım asfalt teknolojisi daha düşük sıcaklıklarda asfaltın hazırlanması ve yola serilmesine imkân sağlar. Ilık karışım asfaltlar katkı maddeleri kullanılarak elde edilebilir. Genelde ılık karışım asfalt katkıları, sıcak karışım asfaltlara oranla yaklaşık 30 o C daha düşük sıcaklıklarda bağlayıcının viskozitesini düşürerek, ılık karışım hazırlanmasını mümkün kılmaktadır. Böylece çevreye zararlı gaz salınımı ve enerji tüketimi azalacaktır. KAYNAKLAR [1] D'Angelo, J. A., Harm, E. E., Bartoszek, J. C., Baumgardner, G. L., Corrigan, M. R., Cowsert, J. E., Newcomb, D. E., Warm-mix asphalt: European practice, [2] Su, K., Maekawa, R. ve Hachiya, Y., Laboratory evaluation of WMA mixture for use in airport pavement rehabilitation. Construction and Building Materials, 23(7), , [3] URL-1. AR-GE ile yeni ürünler geliştiriliyor. 2017, [4] URL-2. Introducing a novel warm mix additive: Leadcap. 2017, [5] URL-3. Ucuz ve çevreci asfalt turkiye yollarinda. 2017, [6] Muthen, K., Foamed asphalt mixes-mix design procedure. Transportation Research Record, 898, , [7] Chevron, B. M. M., Chevron USA. Asphalt Division, California, [8] Prowell, B. D., Hurley, G. C. ve Frank, B., Warm-mix asphalt: Best practices, National Asphalt Pavement Association Lanham, Md, USA, [9] URL-4. Ilık Karışım Asfalt Teknoloji ve Uygulamaları Çalıştayı. 2017, https://www.tubitak.gov.tr/tr/haber/ilikkarisim-asfalt-teknoloji-ve-uygulamalari-calistayi. [10] Sargand, S. M., Figueroa, J. L., Edwards, W. ve Al-Rawashdeh, A. S., Performance assessment of warm mix asphalt (WMA) pavements: Ohio Research Institute for Transportation and the Environment, [11] Temren, Z., Yollar Türk Milli Komitesi, 5. Ulusal Asfalt Sempozyumu, Ankara, [12] Edwards, Y., Tasdemir, Y. ve Isacsson, U., Rheological effects of commercial waxes and polyphosphoric acid in bitumen 160/220 low temperature performance. Fuel, 85(7), , [13] Xiao, F., Punith, V. ve Amirkhanian, S. N., Effects of non-foaming WMA additives on asphalt binders at high performance temperatures. Fuel, 94, , [14] Banerjee, A., Fortier, S. A. ve Prozzi, J. A., The effect of long-term aging on the rheology of warm mix asphalt binders. Fuel, 97, , [15] Şengöz, B. ve Oylumluoğlu, J., Utilization of recycled asphalt concrete with different warm mix asphalt additives prepared with different penetration grades bitumen, Construction and Building Materials, 45, , [16] Bayazit, M., Ünvermez, A. ve Taşdemir, Y., Investigation of Warm Mix Asphalt Mixtures. 10th International Congress on Advances in Civil Engineering, Middle East Technical University, Ankara, [17] Akisetty, C. K., Lee, S. J. ve Amirkhanian, S. N., High temperature properties of rubberized binders containing warm asphalt additives. Construction and Building Materials, 23(1), , [18] Lee, S. J., Amirkhanian, S. N., Park, N. W. ve Kim, K. W., Characterization of warm mix asphalt binders containing artificially long-term aged binders. Construction and Building Materials, 23(6), , [19] Xiao, F., Zhao, P. W. ve Amirkhanian, S. N., Fatigue behavior of rubberized asphalt concrete mixtures containing warm asphalt additives. Construction and Building Materials, 23(10), , [20] Silva, H. M., Oliveira, J. R., Peralta, J. ve Zoorob, S. E., Optimization of warm mix asphalts using different blends of binders and synthetic paraffin wax contents. Construction and Building Materials, 24(9), ,

8 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey [21] Sanchez-Alonso, E., Vega-Zamanillo, A., Castro-Fresno, D. ve DelRio-Prat, M., Evaluation of compactability and mechanical properties of bituminous mixes with warm additives. Construction and Building Materials, 25(5), , [22] Kim, Y. R., Zhang, J. ve Ban, H., Moisture damage characterization of warm-mix asphalt mixtures based on laboratory-field evaluation, Construction and Building Materials, 31, , [23] Ünvermez, A., Bitümlü ılık karışımların mekanik etüdü, Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi, Fen Bilimleri Entitüsü,Yozgat, [24] Bayazit, M., Bitümlü ılık karışımların neme karşı hassasiyetlerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü,Yozgat, [25] Kaya, D., Ilık karışım asfaltların mekanik özelliklerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, [26] Köse, H., Bitümlü ılık karışımların kimyasal buz çözücülere karşı direncinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü,Yozgat, [27] Abdullah, M. E., Zamhari, K. A., Hainin, M. R., Oluwasola, E. A., Yusoff, N. I. M. ve Hassan, N. A., High temperature characteristics of warm mix asphalt mixtures with nanoclay and chemical warm mix asphalt modified binders. Journal of Cleaner Production, 122, , [28] Mansourian, A., Razmi, A. ve Razavi, M., Evaluation of fracture resistance of warm mix asphalt containing jute fibers. Construction and Building Materials, 117, 37-46, [29] Cucalon, L. G., Yin, F., Martin, A. E., Arambula, E., Estakhri, C. ve Park, E. S., Evaluation of Moisture Susceptibility Minimization Strategies for Warm-Mix Asphalt: Case Study. Journal of Materials in Civil Engineering, 28(2), , [30] Dokandari, P. A., Oner, J., Topal, A. ve Sengoz, B., Organik Ilık Karışım Asfalt Katkı Maddesinin Bitümlü Karışımların Yaşlanma Özellikleri Üzerine Etkilerinin İncelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(9), , [31] Lee, J., Kim, Y. R., Lee, J., Kwon, S. A. ve Yang, S. C., Comprehensive Laboratory Performance Evaluation of WMA with LEADCAP Additives, [32] Kim, H., Jeong, K. D., Lee, M. S. ve Lee, S. J., Performance properties of CRM binders with wax warm additives. Construction and Building Materials, 66, , [33] Mazumder, M., Kim, H. ve Lee, S. J., Performance properties of polymer modified asphalt binders containing wax additives. International Journal of Pavement Research and Technology, 9(2), ,

9 The Effects of the Water Resources Planning on Climate Change I. Yuksel 1,*, I. H. Demirel 2 1 Yildiz Technical University, Faculty of Civil Engineering, Department of Civil Engineering, Hydraulics Division, Davutpasa, Istanbul, Turkey 2 Yildiz Technical University, Civil Engineering Ph.D. Student, 34220, Istanbul, Turkey 1. GİRİŞ Abstract As in the world, climate change is the matter in dispute very much. In Turkey, lessening of precipitation, increasing of the temperature and drought, falling of the water qualification, lessening water resources and destroying of the forests are the most effective parameters on climate change. Because the some areas such as irrigation areas, agriculture areas, forests and water resources are used wrongly, precipitation s water cannot infiltrate to soil and water table level is decrease. This is one of the causes the climate change. On the other hand, as a result of various human activities such as combustion of fossil fuels, land-use changes and deforestation, etc., greenhouse gases have been significantly increasing and its effect has been strengthening. Due to increases in global warming temperatures, significant change such as change of hydrological cycle, melting of glaciers, sea level rise have been predicted to affect human life, socioeconomic sectors and ecological systems. In this study the global warming and its inverse effects on available water resources are discussed and some solutions are presented. Keywords: Water Resources, Water resources planning Climate change, Global warming. Türkiye de tam olarak planlı bir tarımsal üretim gerçekleştirilemediğinden barajların ve kanalların planlama ve kullanım amaçları da çok iyi kavranmamaktadır. Kanal veya barajlardan sulamaya açılacak olan alanlardaki bitki türleri ve örtüsü buralarda tarım yapmakta olan kişilerin amatör bilgilerine ve tecrübelerine bırakıldığından bir yandan toprakların verimlilikleri azalmakta olup diğer yandan da azalan verimi bir şekilde arttırabilmek için sürekli olarak barajlar veya sulama kanalları inşa edilmektedir. Hâlbuki bu iki konu birbiri ile çelişmektedir. Birbirini takip eden bu olumsuzluk zincirleri ise iklim değişikliğini her geçen gün daha da tetiklemektedir. Oksijen deposu olan orman alanları ve meraların tahrip edilmeleri sonucu oluşan erozyonlar su kaynaklarının kaliteleri bozulmakta ve baraj göllerinin projede öngörülen sürelerden daha hızlı dolmasına yol açmaktadır. Dünya da özellikle son yıldan bu yana iklimin diğer yıllara oranla sıcaklık artışları şeklinde aşırı derecede değiştiği birçok bilim çevrelerince bilinmektedir. İklim değişikliğine sebep olan göstergeler küresel boyutta oldukları için bu olaya küresel ısınma da denilmektedir. Son zamanlarda aşırı ve bilinçsiz kaynak kullanımları küresel ısınmaya neden olmuş ve bu da beraberinde iklim değişikliklerini getirmiştir. İklim değişikliğine bağlı olarak sıcaklık artışı ve yağış rejimlerinin değişmesi gündeme gelmiştir. İklim değişiminin; akarsu akışları, zemin suyu ve göllerdeki su hacimleri üzerinde sıcaklıklarda ve yağışlarda görülen değişmelere bağlı olarak etkisi vardır. Bu etkinin düzenli bir sürece sahip olmaması problemi oluşturmaktadır. Kışın yağışların azalması, yazın ani yağışların olması, mevsim sıcaklık ortalamalarının üstünde veya altında olması ve en önemlisi gelecek nesillere bırakılacak verimsiz, kaynakları tükenmiş bir dünya ve dolayısıyla sağlıksız bir nesil ve kötü sondur [1]. Atmosferdeki sera gazlarının yeryüzünün sıcaklığını artırmış olduğu yapılan ölçümlerle ortaya çıkmıştır. Göl yüzeyinden buharlaşmaya etki eden en önemli faktörlerden birisi de yüzey sıcaklığıdır. Yüzey sıcaklığı ile * Corresponding author. Tel.: address: or (I. Yüksel). 2520

10 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey buharlaşma arasında doğru bir orantı vardır. Dolayısıyla küresel ısınma sonucu yüzey sıcaklıkları artmakta ve aralarındaki doğru orantı sebebiyle buharlaşma artmaktadır. Şekil 1 de yıllara göre yeryüzündeki sıcaklık artışları görülmektedir [2]. Özellikle son 30 senede kayda değer bir artış olduğu üzerinde düşünülmesi gereken önemli bir meseledir [3]. Şekil 1.Yıllara göre yüzey sıcaklığındaki artışlar 2. DÜNYADA SU KAYNAKLARININ DAĞILIMI VE SU KULLANIMI PROFİLİ Dünya daki mevcut su kaynaklarının; dağılımı, kullanımı, korunması ve kirletilmesi gibi unsurlar dikkate alındığında ortaya çıkan görüntü aşağıda özetlendiği gibidir [4]. *Yeryüzündeki suların % 97 si okyanusları, yani bütün denizleri oluşturur. *Tüm tatlı suların oranı % 3 tür. *Tüm suyun %2,5 ı tatlı sudur. *%0,8 (Tatlı suyun ancak 1/3 ü ulaşılabilir durumda) Suyu kullanan nüfus artıyor. (Toplam nüfus 3 katı arttı) *Kişi başı su kullanımı artıyor. (Toplam su kullanımı 6 kat arttı) *Dünya nüfusunun %20 sini oluşturan 30 ülke su kıtlığı ile karşı karşıya yılında; bu oranın %30 a ulaşacağı ve 50 ülkenin su krizi yaşayacağı öngörülüyor. *Dünyada 2,3 milyar kişi sağlıklı suya hasret. *2 milyon ton atık/gün sulara karışıyor. *1.500 km³/gün sıvı atık üretimi *1 m³ atık su 8 m³ temiz suyu kirletiyor *Dünya nın büyük nehirlerindeki balık stokları kirlilik nedeniyle % 90 azalmış durumda. *Gelişmekte olan ülke nüfusunun yarısı temiz suya erişemiyor. *İklim değişikliği su kısıtlığını %20 artıracak. *Dünyadaki toplam su miktar milyon km 3 tür. Bu suyun % 97,5 i denizlerde ve okyanuslardaki tuzlu sulardan oluşmaktadır. *Geriye kalan yalnızca % 2,5.i tatlı su kaynağı olup çeşitli amaçlar için kullanılabilir olduğu belirlenmiştir. Dünyadaki toplam suyun yaklaşık yılda ortalama km 3 ü denizlerde ve toprak yüzeyinde meydana gelen buharlaşmalar ile atmosfere geri dönmekte ve hidrolojik çevrim içerisinde yağmur ve kar olarak tekrar yeryüzüne düşmektedir. *Dünya yüzeyine yağışla düşen su miktarı yolda ortalama yaklaşık olarak km 3 olup, yaklaşık km 3 ü akışa geçerek nehirler vasıtasıyla denizlere ve kapalı havzalardaki göllere ulaşmaktadır. Bu miktarın km 3 ü ise teknik ve ekonomik olarak kullanılabilir durumdadır. Dünya daki su kaynaklarının dağılımı Tablo I de ve suyun Dünya da, Avrupa da ve Türkiye deki Sektörel Kullanımı ise Tablo II de verildiği gibidir. 2521

11 The Effects of the Water Resources Planning on Climate Change, I. YUKSEL, I.H. DEMİREL Tablo I. Dünya su kaynakları Suyun Bulunduğu Mekân Miktar (km 3 ) Toplam Su Miktarına oranı (%) Denizler milyon 96.5 Karalar 48 milyon 3.5 TOPLAM milyon Karalardaki Suyun Bulunduğu Mekân Miktar (km 3 ) Toplam Tatlı Su Miktarına Oranı (%) Buzullar 24 milyon 1.74 Yeraltı Suları 23 milyon 1.66 Göller, Akarsular, 1 milyon 0.10 Atmosfer TOPLAM 48 milyon 3.50 Tablo II. Suyun Dünya da, Avrupa da ve Türkiye deki sektörel kullanımı Tarım Endüstri Evsel Kullanım Dünya Avrupa Türkiye TÜRKİYE SU KAYNAKLARI POTANSİYELİ VE KULLANIMI Türkiye nin yıllık kullanılabilir toplam net suyu 112 milyar m 3 olup, Türkiye nin su potansiyeli dağılım Tablo III te, Dünya da, Amerika da, Avrupa da, Afrika da ve Türkiye de kişi başına düşen kullanılabilir su miktarları ise Tablo IV de [4] verildiği gibidir. Bir ülkenin su zengini sayılabilmesi için yılda ortalama kişi başına m 3 su potansiyeline sahip olması gerekir. Su potansiyeli m 3 ten az olan ülkeler Su Fakiri kabul edilmektedir. Kişi başına düşen kullanılabilir su potansiyeli m 3 olan ülkemiz, dünya ortalaması olan m3 ün oldukça altında olmasından dolayı su fakiri olmamakla birlikte su kısıdı bulunan ülkeler arasındadır. Kişi başına düşen kullanılabilir su miktarımız m 3 tür. Devlet İstatistik Enstitüsü, 2025 yılına kadar ülkemiz nüfusunun 80 milyona varacağını tahmin etmektedir [5,6]. Bu durumda kişi başına düşecek kullanılabilir su miktarımız m 3 e düşecektir. Tablo III. Türkye nin su kaynakları potansiyeli Yıllık ortalama yağış 643 mm/yıl Türkiye nin yüzölçümü km 2 Yıllık yağış miktarı 501 milyar m 3 Buharlaşma 274 milyar m 3 Yer altına sızma 41 milyar m 3 Yıllık yüzey akışı 186 milyar m 3 Kullanılabilir yüzey suyu 98 milyar m 3 Yeraltından yıllık çekilebilir su miktarı 14 milyar m 3 Toplam kullanılabilir su (net) 112 milyar m

12 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Tablo IV. Dünyada kişi başına düşen kullanılabilir su miktarı Ülke-Kıta ortalaması Kişi Başına Düşen Kullanılabilir Su Miktarı (Yıllık) Suriye m 3 Lübnan m 3 Türkiye m 3 Irak m 3 Asya Ortalaması m 3 Batı Avrupa Ortalaması m 3 Afrika Ortalaması m 3 Güney Amerika Ortalaması m 3 Dünya Ortalaması m 3 4. SU KAYNAKLARININ KULLANIMI VE İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ İLİŞKİSİ Kurak ve yarı kurak iklim kuşağında yer alan ülkemizde kuraklık ve çölleşme sorunlarının küresel ısınma ile daha da artacağı dikkate alındığında sulama, aynı zamanda önemli bir sorunu da beraberinde getirmektedir. Toprakların tuzlanarak arazi kalitesinin bozulması, çölleşme vb. Yağışlı bölgelerde, toprak içerisinde doğal olarak bulunan tuzlar yağmur sularıyla akarsulara ve yeraltı sularına taşınır, bunlar aracılığıyla da deniz ya da göllere kadar ulaşır. Bu nedenle yağışlı bölge topraklarında genellikle tuz birikmesi olmaz. İklimi kurak ve sıcak, yağışı az bölgelerde tarımsal üretim ve verimi arttırmak amacıyla toprağa kontrolsüz olarak verilen sular, içlerinde doğal olarak bulunan tuzu toprağın içine dâhil ederler. Fazla verilen bu su, aynı zamanda taban suyunu yükseltmek suretiyle toprak ve taban suyu içinde bulunan tuzları da yukarı doğru harekete geçirir. Sıcağın etkisiyle beraberinde toprak yüzeyine kadar taşıdığı tuzları burada bırakarak, hızla buharlaşmak suretiyle, toprak yüzeyinde buzlanmalar oluşturur, tarımsal üretimi sınırlar ve verimi düşürür. Fırat Nehri nin iyi kalitedeki suyu bile her yıl 10 dekarlık bir alanda 1,1 ton civarında eriyebilir tuzlarını toprağa vermektedir [7] yıllarında dizel motopompların kullanılmaya başlanmasıyla birlikte sulama masraflarının düştüğü Suriye nin Fırat Nehri havzasında yeni alanlar tarıma kazandırılmıştır yılına kadar geçen süreçte, bu arazilerin yarısına yakın kısmında son derece yüksek tuz konsantrasyonları meydana gelmiş ve bu alanların büyük bir bölümü terk edilmiştir [8]. Bugün GAP Bölgesinde aynı durumla karşı karşıyadır. 5. BARAJLARIN İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Barajların iklim değişikliği üzerindeki etkisinin en önemli parametresi; belli sınırlar içerisinde olsa bile barajların sebep oldukları sera gazı üretimidir. Barajlar çok iyi planlandıkları takdirde hiç şüphesiz ki termik santrallere göre çok daha temiz enerji üretmektedirler. Ancak mühendislik ve teknolojik açıdan iyi planlanmamış, yeterli donanımla projelendirilmemiş barajlar metan gazı salgılama tehlikesine sahip oldukları için iklim değişikliğine ve dolayısıyla küresel ısınmaya yardımcı olmaktadırlar. Baraj gölünün altında kalmış olan bitki örtüsünün çürümesi ve buna ilaveten baraj gölündeki suyun çözünmüş oksijen bakımından fakir bir su olması sebebiyle baraj gölünün atmosfere karbondioksit yerine metan gazı salgılama riski vardır ve bu risk oldukça yüksektir. Atmosfere salgılana metan gazının ise küresel ısınmaya etkisi karbondioksitten daha fazladır. Ancak yine de fosil yakıtlı termik santraller düşünüldüğünde tabiî ki bu etki daha azdır ve hatta kabul edilebilir sınırlar içerisinde sayılabilir. 6. ŞEHİRLEŞMENİN SU KAYNAKLARI VE İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Gelecek yıl içerisinde Dünya nüfusunun yaklaşık nüfusunun % 55 nin şehirlerde yaşamaya başlaması, Dünyadaki metropol şehirlerin sayısının ise 36 ya ulaşması beklenmektedir. Özellikle son 50 yıl içerisinde aşırı derecede artış gösteren şehirleşme bir yandan iklim değişikliğine sebep olurken bir yanda da taşkınların sayısının ve etkilerinin artmasına neden olmuştur [9]. Diğer taraftan plansızca aşırı şehirleşmenin doğal bir sonucu olan çarpık yapılaşmanın etkisiyle yağmur sularının toprağa sızma miktarı azalmakta, buna karşın yüzey akışlar artmakta ve dolayısıyla yeraltı su seviyeleri düşmekte ve giderek azalmaktadır. Bir yandan toprağa sızan suyun azalması ile susuz kalan toprak diğer yandan seviyesi azalan yeraltı suları, hidrolojik çevirim (su döngüsü) için gerekli olan 2523

13 The Effects of the Water Resources Planning on Climate Change, I. YUKSEL, I.H. DEMİREL evapotranspirasyon (buharlaşma + terleme) olayını yeterince gerçekleştirememekte ve bunu sonucunda ise su dengesi bozulmakta olup neticede iklim değişikliğine sebep olmaktadır. Diğer taraftan akarsuların akım miktarları şehir alanı içerisinde etkili olan arazi kullanım planlarına göre değişebilmektedir. Şehir alanları arttıkça asfalt beton gibi su geçirmeyen zemin oranı da artmaktadır. Bu gibi zeminlerde yeraltına yağmur sularının süzülme oranının azalmakta ve sonuçta yeraltı su seviyesi de düşmektedir. Yeraltı su seviyesinin düşmesiyle birlikte akarsuların rejimleri değişmektedir. Yeraltı sularının yüzeysel akışa geçmesi ve bu sebeple yeraltı sularındaki seviyenin düşmesiyle akarsuların akım seviyeleri yağışlı dönemlerde artarken kurak dönemlerde azalmakta [5,9] ve böylece akarsuların rejimlerinin değişmesiyle de taşkınlar, erozyonlar veya heyelanlar meydana gelmektedir. 7. SONUÇ VE ÖNERİLER Bu çalışmada, su kaynakları kullanımının iklim değişikliği üzerindeki etkileri araştırılarak analiz edilmiştir. Çalışmanın tamamı irdelendiğinde su kaynakları kullanımının iklim değişikliği ve dolayısıyla küresel ısınma üzerinde etkili olduğu görülmektedir. Bu etkinin olumsuz yönlerini ortadan kaldırmak veya en aza indirmek için sunulabilecek en önemli öneri su kaynaklarının planlı ve verimli bir şekilde kullanılmasıdır. Su kaynaklarının planlı ve verimli bir şekilde kullanılması Dünyadaki su dengesini koruyacağından, hidrolojik çevirimin sorunsuz ve eksiksiz bir şekilde gerçekleşmesini sağlayacağından ve ekolojik dengenin korunmasını sağlayacağından iklim değişikliğinin ve dolayısıyla küresel ısınmanın gerçekleşmesini de ya büyük oranda engelleyecek veya geciktirecektir. Ayrıca iklim değişikliğini veya küresel ısınmayı ve bunların olumsuz etkilerini ortadan kaldırabilmek veya en aza indirebilmek için bir takım öneriler aşağıda sunulmaktadır. Baraj projelendirilmeleri yer zaman ve işlev bakımından daha titizlikle planlanmalıdırlar. Su kaynakları daha verimli ve planlı olarak kullanılmalıdır. Su kaynakları üzerinde yapılacak yapı ve tesislerin hem sustainable (sürdürülebilir) hem de renewable (yenilenebilir) olmalıdırlar. Olası bir taşkının etkisini ve vereceği kayıpları en aza indirmek için akarsu çevresindeki taşkın alanları boş bırakılmalı ve bu alan yeşil alan haline dönüştürülmeli. Türkiye su kaynaklarının büyük bir bölümü genellikle plansız bir şekilde tarımsal alanlarda kullanıldığından erozyon, heyelan, tuzlanma ve kuraklık gibi iklim değişikliğini tetikleyen parametrelerin oluşmasına dolaylı katkı sağlanmaktadır. Dolayısıyla tarımsal sulamanın daha planlı ve verimli bir şekilde yapılması zorunludur. KAYNAKLAR [1] Sandalcı, M., Yüksel, İ., Su kaynakları kullanımının iklim değişikliği üzerindeki etkisi, 1. Türkiye İklim Değişikliği Kongresi, TİKDEK, İTÜ, İstanbul, Türkiye, Nisan, [2] TS UCL,(2007), Department of Space and Climate Physics, Global Drought Monitor, [Online], (ziyaret tarihi: ). [3] Türkeş., M., Küresel iklim değişikliği nedir? Temel kavramlar, nedenleri, gözlenen ve öngörülen değişiklikleri, 1.Türkiye İklim Değişikliği Kongresi-TİKDEK, İTÜ, İstanbul, Türkiye, Nisan, [4] DSI (2015), Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Toprak ve Su Kaynakları (online) [5] Yüksel, İ., Sandalcı, M., Su kaynakları kullanımının ve barajların iklim değişikliği üzerindeki etkisi, I. Türkiye İklim Değişikliği Kongresi - TİKTEK 2007, Nisan, İstanbul, [6] Su Havzaları, Kullanımı ve Yönetimi ÖİK Raporu, DPT Yayın No: 2555, ÖİK: 571, Ankara, [7] İklim Değişikliği Özel İhtisas Komisyonu Raporu, DPT Yayın No: 2532, ÖİK: 548, Ankara, [8] Atlık, A., Küresel ısınma, su kaynakları ve tarım üzerine etkileri, Araştırma Yazısı, TMMOB Ziraat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, [9] Mehmet, K., Şehirleşmenin küresel iklim sapmaları ve taşkınlar üzerindeki etkisi, Marmara Coğrafya Dergisi Sayı: 6, İstanbul,

14 ANSYS Analyze of the Effect of Coating of Ti6Al7Nb Femoral Head with TiN/CrN/TiB2 on the Wear Properties A.K. Aslan 1, N. Çakır 2,*, E. Bahçe 2, E. Emir 2, N. Özdemir 3 1 Tunceli Vocational High School, Munzur University, Tunceli, Turkey 2 Department of Mechanical Engineering, İnönü University, Malatya, Turkey 3 Department of Metallurgy and Materials Engineering, Fırat University, Elazığ, Turkey Abstract Ti and its alloys are heavily used in the biomedical field due to their strong properties such as low densities, excellent corrosion resistance, high specific strength and resistance to crack propagation. Especially Ti6Al4V alloy is highly preferred in this area due to its high biocompatibility. However, recent studies have shown that Vanadium in the alloy is released in vivo and these released ions caused cytotoxicity effect on cell by accumulating in the tissues in the length of time. This makes allergic effects on the patient and as well as causes early revision via reducing the lifetime of the prosthesis. To overcome this problem in Titanium implant materials, Ti6Al7Nb alloy which contains Niobium that has higher corrosion resistance than Vanadium, has begun to be used as an alternative to Titanium alloys that contains Vanadium. Ti6Al7Nb alloy was used as the femoral head component of a hip implant and it was coated with 7 layer since it is thought that it will improve its mechanical and tribological properties, in our study which we performed the analysis by finite element method in ANSYS software. Without changing order and number of coating layers, while the total thickness of the interlayer TiN/CrN bilayer was fixed at 2 µm, thickness of the top coating layer TiB2 was changed as 4µm, 6µm and 8 µm. Subsequentially, while the thickness of the top coating was constant at 2 µm, total thickness of the interlayer was changed as 4µm, 6µm and 8 µm. As a result of the changing the thicknesses; contact pressure, shear and Von-Mises stresses occured on the UHMWPE component of the implant, were analyzed in ANSYS software. When the revealed results are analyzed, it is thought that increasing the either the top layer thickness or interlayer thickness will positively effect the tribological and mechanical properties of alloy and consequentially enhanced wear resistance can be achieved.. Keywords: Ti alloys, Implant, Biomaterial, Coating, Finite element modelling 1. GİRİŞ Biyomedikal alanda kullanılan total kalça protezi sağlamlık ve yorulma direnci, aşınma ve korozyon direnci ve biyouyumluluk gibi özelliklere birarada sahip olmalıdır [1]. Vücut içerisine yerleştirilen kalça protezi bileşenlerinin birbiri ve vücut sıvısı ile etkileşimleri sonucu zamanla malzemede oluşan aşınmalar erken revizyona neden olabilmektedir. Hastalarda istenmeyen bu problem özellikle kalça ve diz protezlerinde daha fazla ortaya çıkmaktadır. Titanyum ve alaşımları, kemiğe yakın mekanik özellikler, iyi biyouyumluluk, korozyona ve aşınmaya karşı yüksek direnç gibi özelliklere sahip olması nedeniyle yapay eklem implantlarında çok tercih edilir [2]. Bu gruptaki en yaygın kullanılan alaşım Ti6Al4V alaşımıdır [1]. Ancak yapılan biyouyumluluk testlerinde vanadyumun zamanla erken salınıma ugradığına dair bulgulara rastlanmıştır. İn vivo çalışmalarında serbest kalan Vanadyumun dokularda birikerek toksik etkiye neden olduğu ve hücre zehirlenmesine sebebiyet verdiği görülmüştür [3]. Bu durum protezin ömrünü azaltmakta ve hasta üzerinde allerjik etkilere neden olmaktadır * Corresponding author. Tel.: /4217: fax: address: (N.Çakır). 2525

15 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey [4]. Bunun sonucunda da erken revizyon ihtiyacı oluşmaktadır. Bu probleme çözüm amaçlı vanadyum elementıne alternatif olarak niobiyum içeren daha yüksek korozyon direncine sahip biyouyumlu Ti6Al7Nb alaşımı tercih edilmeye başlanılmıştır. Bununla beraber Niobyum elementi Vanadyum ile aynı salınım oranına sahip olmasına rağmen Niobyum içeren Ti6Al7Nb alaşımının korozyon direnci daha yüksek olduğundan bu salınım oranı daha geç sürelerde etkili olmaktadır [4]. Ayrıca Niobyum elementinin toksik değil aksine biyoaktif özelliğinin olduğuda çalışmalarda bildirilmiştir [5]. Ancak yine de bu alaşım da protein, mineral ve çok çeşitli iyonlar içeren vücut sıvısı ortamında kullanıldıklarından metal iyonizasyonu ve korozyona maruz kalmaktadırlar. Özellikle eklem yerlerinde kullanılması durumunda bu korozif ortama ek olarak aşınmaya uğramaktadır. Bunun sonucunda kullanım ömürlerinden daha erken sürelerde işlevlerini yitirmektedirler [6]. Metal ve alaşımlarının dayanım, hafiflik, rijitlik gibi özelliklerinden ödün vermeden korozyon ve aşınma direncinin artırılması ve metal iyonizasyonun engellenebilmesi için genellikle yüksek sertlik, aşınma direnci, korozyon direncine sahip seramiklerle ince film tabakaları şeklinde kaplanmaktadır [7]. Bu alanda Ti alaşımlarının kaplanmasıyla ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde; Zheng ve ark. Ti6Al7Nb malzemesine elmas benzeri karbon ile kaplama yapmışlardır ve suni tükürük ile hazırlanan deney ortamında kaplamalı malzemenin davranışlarını incelemişlerdir.yaptıkları deneyler sonucunda aşınma dayanımında artış gözlemlenmiştir. Buna ek olarak Ti6Al7Nb altlık malzemeye uyguladıkları ayrı ayrı Cr/CrN/CrSiN/DLC kaplamaları karşılaştırılmasında N-iyon içeriğinin daha fazla aşınmaya neden olduğunu ifade etmişlerdir [8]. Chellappa ve ark. Ti6Al4V alaşımının mekanik özelliklerini geliştirmek için yüzeyini ZrO2 / TiO2, SiO2 / TiO2 ve SiO2 / ZrO2 şeklindeki karma tozları elektroforetik biriktirme yöntemi (EPD) ile kompozit kaplama yapmışlardır. Ti6Al4V üzerindeki tüm bu kaplamalardan, ZrO2 / TiO2, deneysel ortamda canlı sıvısının benzeri olan Ringer çözeltisinde diğerlerine kıyasla daha yüksek korozyon direnci sağladığını gözlemlemişlerdir.[9] Rahmati ve ark. Ti6Al4V yüzey üzerine TaO2 tabakasını manyetik alanda sıçratma fiziksel buhar biriktirme (MS-PVD) yöntemi kullanarak uygulamışlardır. Kaplama özelliğine göre TaO2, Ti6Al4V malzemelerinde alt tabakaya en iyi yapışma özelliği gösterdiğini ifade etmişlerdir. Yapılan deneyler sonucu kaplanmış Ti6Al4Vkorozyon direncinin ve aşınma direncinin arttığını belirtmişlerdir. [10] Kaplamaların yanı sıra malzemenin aşınma dayanımını artırmak için yüzey sertleştirmesi işlemi de uygulanılmıştır. Cai ve ark. Ti6Al7Nb alaşımına azot iyonu implantasyonuyla yüzey sertleştirmesi yaparak büyükbaş hayvan serumu ortamında aşınma deneyleri yapmışlardır. Çalışmaları sonucunda iyon implantasyonu ile yüzey sertleştirilmesi uygulanan üst katmanlarda aşınma direncini arttırdığını ifade etmişlerdir [11]. Bunun yanında gelişen teknolojiyle birlikte sonlu elemanlar yöntemiyle artroplasti alanında kullanılan implant malzemelerinin belirli yükler altında statik ve dinamik analizleri yapılarak aşınma özellikleri hesaplanabilmektedir [12]. Bu çalışmada da, metal-polietilen kalça protezinde, Ti alaşımları içerisinde biomalzeme olarak kullanımaya başlanan ve araştırmacıların ilgisini çeken Ti6Al7Nb alaşımı femur başı olarak kullanılmıştır. Femur başının yedi tabakalı kaplaması modellenerek ara tabaka ve üst tabaka kaplama kalınlıklarının değiştirilmesi sonucu ultra yüksek yoğunluklu polietilen asetabularda meydana gelen aşınma özellikleri sonlu eleman metoduyla ANSYS programında analiz edilmiştir. 2. MATERYAL VE METOT 2.1. Materyal Bu çalışma için total kalça protezinde asetabular bileşen olarak standart ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE) kullanılırken femur başı olarak son zamanlarda biyouyumluluğu ve diğer titanyum alaşımlarına kıyasla üstün özelliklerinden dolayı araştırmacıların dikkatini çeken Ti6Al7Nb alaşımı kullanıldı. Femur başının yedi tabakalı ultra ince seramik film kaplama modellemesi yapılıp bu kaplamanın üst tabaka ve ara tabaka kaplama kalınlıklarının değiştirilmesi sonucu UHMWPE de meydana gelen aşınma üzerindeki etkileri sonlu elemanlar metoduna göre çözümleme yapan ANSYS paket programı kullanılarak nümerik olarak incelenildi. Kaplama yapılmış malzemeden yüsek sertlik ve tokluk, altlığa çok iyi yapışma ve yüzeye sürtünen diğer cisimlere karşı düşük aşınma eğilmi gibi çok yönlü beklentilerin karşılaması beklenir. Bu özellikleri bir arada sağlayabilmek için malzemeler çoklu tabakalı olarak kaplanmaktadır. Bu çalışmada da Ti6Al7Nb alaşımlı femur başı çok tabakalı kaplama modellemesi kullanıldı. Kaplama bileşenleri olarak tüm analizlerde üst tabaka için yüksek sertlik, korozyon dayanımı ve aşınma direnci gibi özelliklerinden dolayı TiB2 kullanılmıştır. Aynı zamanda bor elementinin sahip olduğu kemik ve doku gelişimi için bioaktif rol oynaması özelliği de bu seramik bileşenin üst tabaka kaplaması olarak seçilmesinde etkili olmuştur. Çoklu tabakalı kaplamalarda toplam kaplamanın sertlik, elastikiyet modülü, aşınma dayanımı gibi özelliklerine katkıda bulunan ve malzeme üzerine gelen kuvvetlerin yayılmasını sağlayan ara tabaka bileşenlerinin seçimi de son 2526

16 ANSYS Analyze of the Effect of Coating of Ti6Al7Nb Femoral Head with TiN/CrN/TiB2 on the Wear Properties A.K. Aslan, N. Çakır,, E. Bahçe, E. Emir, N. Özdemir malzemenin özellikleri açısından oldukça önemlidir. Bu çalışmada ara tabaka bileşenleri olarak yüksek aşınma direnci ve iyi korozyon dayanımı, yüksek termal kararlılık gibi üstün mekanik özelliklerinden dolayı TiN/CrN bilayerı seçildi. Çalışmada kullanılan kaplama kalınlıkları ve kaplama sayısı yapılan geçmiş çalışmalarda elde edilen optimum değerlere bakılarak belirlenmiştir. Yapılan nümerik analiz çalışması için kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri Tablo 1. de verilmiştir. Tablo 1. Analizlerde kullanılan malzemelerin mekanik özellikleri [13,14,15] Malzeme Young Modülü (Gpa) Poisson oranı Ti6Al7Nb TiN CrN TiB UHMWPE Metot Total kalça protezinde Ti6Al7Nb alaşımlı femur başının çoklu tabakalı kaplanmasının asetabularda meydana getirdiği aşınma üzerindeki etkileri; nümerik analiz metotlarından biri olan sonlu elemanlar metoduna göre çözümleme yapan ANSYS paket programı kullanılarak yapılmıştır. Modelleme işlemleri için öncelikle literatür çalışmalarına bakılarak kaplama sayısı yedi tabaka olarak belirlendi. Kaplama bileşenleri olarak üst tabaka içintib2, ara tabaka bilayeri TiN/CrN olarak belirlendi. Daha sonra sabit tutulacak kaplama kalınlığı ile değiştirilecek kaplama kalınlık aralıkları belirlendi. Belirlenen değerlere göre yedi tabakalı kaplama için ara tabaka kaplama kalınlığı 2 µm iken üst tabaka kaplama kalınlıkları 4 µm, 6 µm ve 8 µm olarak alınmıştır. Bu kaplama kalınlıklarında oluşturulan analizler A1, A2 ve A3 olarak isimlendirilmiştir. Aynı şekilde üst tabaka kaplama kalınlığı 2 µm alınıp ara tabaka kaplama kalınlıkları 4 µm, 6 µm ve 8 µm olarak alındığında oluşturulan analizler ise B1, B2 ve B3 olarak isimlendirilmiştir. Analizlerin isimlendirilmesi ve kaplama kalınlıkları Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2. Analizlerin isimlendirilmesi ve kaplama kalınlıkları KAPLAMA A1 A2 A3 B1 B2 B3 ÜST TABAKA TiB2 4 µm 6 µm 8 µm 2 µm 2 µm 2 µm ARA TABAKA (TiN/CrN )x3 2 µm 2 µm 2 µm 4 µm 6 µm 8 µm Kaplama bileşenleri ve kalınlıkları belirlendikten sonra firmadan hazır alınan CAD modellerinin montaji SolidWORKS programında tamamladı. Montajı tamamlanan kalça protezi bileşenleri analiz yapılabilmesi için ANSYS programına import edildi. Kaplama için belirlenen malzemelerin mekanik özellikleri programa girildi. Kalça protezi bileşenlerinden biri olan ve kaplama modellemesini yaptığımız femur başı parçası sabitleme yeri olarak kullanıldı. Daha sonra çözüm hassasiyetinin önemli bir kriteri olan meshleme işlemi yapıldı. Analizlerde kullanılan modelin meshlenmiş ve sabitlenmiş ekran görüntüleri Şekil 1. de verilmiştir. Uygulanan yük ise bir insanın ayakta duruşu esas alınarak ISO uygun olarak belirlenmiş olup, dik doğrultuda 800N luk kuvvet uygulanılarak von- Mises, kontak basıncı ve kayma gerilmesi değerlerine bakılarak aşınma üzerindeki etkileri yorumlanmıştır. Şekil 2 de ise çalışmanın organizasyon şeması görülmektedir. Şekil 1. Modelin a)meshleme yapılmış b) sabitlenmiş ekran görüntüleri 2527

17 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 3. BULGULAR VE TARTIŞMALAR Şekil 2. Çalışmanın organizasyon yapısı. ANSYS paket programı ile modellenen kaplama analizlerine bakıldığı zaman üst tabakakalınlığının sabit alt tabaka kalınlığının ise belli oranda artırılarak değiştirilmesi sonucu kayma gerilmesi, Von-Misses gerilme ve kontak basıncı değerlerinde düşüş görülmüş olup bu değerlerin düşmesinin aşınma direnci üzerinde olumlu sonuçlar doğuracağı düşünülmektedir. Fakat alt tabaka kaplama kalınlığını sabit tutup üst tabaka kaplama kalınlıklarının belli oranda artırılması sonucu programın vermiş olduğu verilerde düzenli bir düşüş görülmemiştir.ansys programında yapılan nümerik analizler sonucu elde edilen Von-Misses, kayma gerilmesi ve kontak basıncı değerleri aşağıda ayrı başlıklar altında incelenmiştir Von Mises Gerilmeleri Çok eksenli yüklemeler sonucu malzemelerde şekil değiştirme enerjisinin belli bir sınırı aşması ile cisimde hasarlar başlar. Bu çalışmada analizler sonucunda elde edilen von-mises değerleri Tablo3. de verilmiştir. Tablo 3. Von-Mises değerleri Analiz kodu Von- misses (Mpa) Kaplama kalınlığı Üst/Ara A1 6, µm /2 µm A2 6, µm /2 µm A3 5, µm/2 µm B1 6, µm/4 µm B2 6, µm /6 µm B3 6, µm /8 µm Analiz sonuçlarına bakıldığında ara tabaka kaplama kalınlığının sabit 2µm, üst tabaka kaplama kalınlığının ise sırasıyla 4µm, 6µm ve 8µm olarak alınması durumunda von-mises değerinde ciddi bir düşüş olduğu saptanmıştır. A1 için eşdeğer gerilme 6,3204 MPa olarak hesaplanırken, A2 için 6,1028 MPa ve A3 için 5,4749 MPa olarak hesaplanmıştır. Ara tabaka olarak belirlenen TiN/CrN kaplama kalınlığının 2µm olarak sabit alınıp üst tabaka da seçilen TiB2 kaplamanın kalınlığının 4µm, 6µm ve 8µm olarak arttırılması ile von-mises gerilme değerlerinde azalma meydana geldiği görülmüştür. Aynı şekilde B serisine bakıldığında da üst tabakanın sabit 2µm kaplama kalınlığı alınıp ara tabaka kaplama kalınlıklarının 4µm, 6 µm ve 8 µm olarak değiştirildiğinde sırası ile MPa, MPa ve MPa olarak değerler elde edildiği görülmüştür. Artan ara tabaka kaplama kalınlığı ile doğru orantılı olarak von- Mises değerleride düşmüştür. Her iki modelleme analizi karşılatırıldığında en iyi von-mises değerini ara tabaka kaplama kalınlığının 8 µm üst tabaka kaplama kalınlığının da 2 µm olduğu A3 analizinde elde edilmiştir. Artan toplam kaplama kalınlığına oranla von Mises değerinde düşüş olacağı buna bağlı olarak aşınma direncinde artışın olacağı düşünülmektedir Kayma Gerilmeleri Malzemede kombine yükler altında oluşan gerilmelerin, kayma emniyet gerilmesini aştığı durumda malzemede hasarlar oluşmaktadır. Eş değer kayma gerilmesi olarak bilinen ve malzemelerin akma kriterlerinin belirlenmesinde kullanılan bu değer malzemenin aşınma direnci üzerinde, aşınma da bir tür hasar olduğundan oldukça önemli bir etkiye sahiptir. Analizler sonucunda elde edilen bu değerin A serisi için bakıldığında sabit ara tabaka kalınlığında üst tabaka kalınlığının 4 µm, 6 µm ve 8 µm olarak arttırıldığında azaldığı görülmüştür. Üst tabaka kalınlığının 2 µm olarak sabit tutulup ara tabaka kalınlıklarının 4 µm,6 µm ve 8 µm kalınlığında yapılan B serisi analizlerde de benzer şekilde artan tabaka kalınlığıyla azaldığı 2528

18 ANSYS Analyze of the Effect of Coating of Ti6Al7Nb Femoral Head with TiN/CrN/TiB2 on the Wear Properties A.K. Aslan, N. Çakır,, E. Bahçe, E. Emir, N. Özdemir hesaplanmıştır. A ve B analizleri karşılaştırıldığı zaman en düşük kayma gerilmesi değeri üst tabakanın 8 µm, alt tabakanın 2 µm olduğu A3 analizinde elde edilmiştir. Genel olarak analizlerin sonucunda üst tabaka kalınlığının arttırılması ile elde edilen kayma gerilmesi değeri ara tabaka kalınlıklarının artırılması ile elde edilen değerden daha düşüktür. Analiz sonuçları Tablo 4 de verilmiştir. Tablo 4. Kayma gerilmesi değerleri Analiz kodu Kayma gerilmesi (Mpa) Kaplama kalınlığı ( µm) Üst/Ara A1 3, µm /2 µm A2 3, µm /2 µm A3 3, µm 2 µm B1 3, µm 4 µm B2 3, µm /6 µm B3 3, µm /8 µm 3.3. Kontak Basıncı Femur UHMWPE çifti hareket halinde iken femur başının polietilene uyguldığı basıncın artması ile aşınma direnci düşmektedir. Bu nedenle basınç değerinin düşük olması arzulanmaktadır. Yapılan analizlerde alt tabakanın 2 µm alınıp üst tabakanın 4 µm,6 µm ve 8 µm olarak alındığında elde edilen basınç değerleri sırayla MPa, MPa ve MPa olarak hesaplanmıştır. En düşük basınç değeri MPa olarak A2 analizinde elde edilmiştir. B serisi analizlerinde ise bu değer artan ara tabaka kalınlığına paralel olarak sırasıyla MPa, MPa ve MPa olarak hesaplanmıştır. Bu durumda da en düşük basınç değeri MPa ile B3 analizinde elde edilmiştir. Sonuçlar irdelendiğinde kaplama ara tabaka kalınlıklarının arttırılması ile kontak basıncı değerinin belirgin biçimde düştüğü görülmüştür. Azaltılmış kontak basıncı değerinin femur-asetabular yuva arasında sürtünme kuvvetini azaltacağı bu sayede aşınma dayanımını artıracağı düşünülmektedir. analizlerde elde edien kontak basıncı değerleri Tablo 5. de verilmiştir. Tablo 5. Kontak basıncı değerleri. Analiz kodu Kontak basıncı (Mpa) Kaplama kalınlığı ( µm) Üst/Ara A1 6, µm /2 µm A2 6, µm /2 µm A3 6, µm 2 µm B1 7, µm 4 µm B µm /6 µm B3 6, µm /8 µm 4. SONUÇ Çalışmada elde edilen verileri incelediğimizde; Ara tabaka kaplama kalınlığının sabit tutulup, üst tabakanın kalınlığının arttırılması sonucu kayma gerilmesi, von-mises ve kontak basıncı değerlerinde ciddi bir düşüş görülmüştür. Üst tabaka kalınlığının sabit tutulup ara tabaka kalınlığının artırılması sonucu i artan ara tabaka kalınlıklarıyla kayma gerilmesi, von-mises ve kontak basıncı değerlerinde düşüş görülmüştür. Her iki analiz serisinde de toplam kaplama kalınlığının artmasının kayma gerilmesi, von-mises gerilmesi ve kontak basıncı değerlerini düşürdüğü görülmüştür. Genel sonuçlara bakıldığı zaman toplam kaplama kalınlığının belli oranda arttırlması ve çoklu tabakalı kaplama yapılması aşınma direnci üzerinde olumlu sonuçlar doğuracağı tahmin edilmektedir. Tüm analizlerde elde edilen veriler açısından en iyi sonuçlar A3 numunesinde elde edilmiş olup bu kaplama modeli ile kaplamanın en yüksek aşınma dayanımı vereceği düşünülmektedir. 2529

19 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey REFERANSLAR [1] Park J., Lakes R.S., Biomaterials-An Introduction, 3th ed. New York, Springer, [2] Subaşı M., Karataş Ç., Titanyum ve Titanyum Alaşımlarından Yapılan İmplantlar Üzerine İnceleme, Gazi Üniversitesi, 90,91 Gazi University Journal of Polytechnic 15(2); , [3] Rogers S.D., Howie D.W., Graves S.E., Pearcy M.J., Haynes D.R., In vitro human monocyte response to wear particles of titanium alloy containing vanadium or niobium, J Bone Joint Surg [Br] 79-B; , [4] Lützner J., Hartmann A., Dinnebier G., Spornraft-Ragaller P., Hamann C., Kirschner S., Metal hypersensitivity and metal ion levels in patients with coated or uncoated total knee arthroplasty: a randomised controlled study, International Orthopaedics (SICOT), DOI /s [5] Basiaga M., Kajzer W., Walke W., Kajzer A., Kaczmarek M., Evaluation of physicochemical properties of surface modified Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys used for orthopedic implants, Materials Science and Engineering C 68; , [6] Affatato S., Wear of Orthopaedic Implants and Artificial Joints, 1 st ed. UK, Woodhead Publishing, [7] Keleşoğlu E., Sert Kaplamalar, İstanbul, [8] Zheng X., Zhang Y., Zhang B., Effect of N-ion implantation and diamond-like carbon coating on fretting wear behaviors of Ti6Al7Nb in artificial saliva, Transactions of Nonferrous Metals Society of China 27(5); , [9] Chellappa M., Vijayalakshmi U., Improved corrosion resistant and mechanical behavior of distinct composite coatings (silica/titania/zirconia) on Ti 6Al 4V deposited by EPD, Journal of Asian Ceramic Societies, 35; , [10] Rahmati B., et al., Ceramic tantalum oxide thin film coating to enhance the corrosion and wear characteristics of Ti 6Al 4V alloy, Journal of Alloys and Compounds 676; , [11] Cai, Z., et al., Torsional fretting wear of a biomedical Ti6Al7Nb alloy for nitrogen ion implantation in bovine serum, Tribology International 59, , [12] Mark T., Prendergast P. J., Four decades of finite element analysis of orthopaedic devices: where are we now and what are the opportunities?, Journal of biomechanics 48(5); , [13] Davim J.P., Biomaterials and Medical Tribology-Research and Development, 1 st ed. UK, Woodhead Publishing, [14] Fahrenholtz W. G., Wuchina E. J., Lee W. E., Zhaou Y., Ultra-High Temperature Ceramics Materials for Extreme Environment Applications, 1 st ed. New Jersey, John Wiley & Sons, [15] Steven M. Kurtz S.M., Ultra-High Molecular Weight Polyethylene in Total Joint Replacement and Medical Devices, UK, Elsevier,

20 2.45 Ghz LNA Design with Arduino Biasing Control Unit B. Şenel 1,* M. Kahriman 2, F. A. Şenel 3 1,2 Department of Electronics and Communication Engineering, Suleyman Demirel University, Isparta, Turkey 3 Department of Computer Engineering, Suleyman Demirel University, Isparta, Turkey Abstract In this study, DC conditions of 2.45 GHz RF low noise amplifier (LNA) have changed with Arduino Uno based DC biasing control unit within the nominal operating limits of the ATF54143 transistor. The effects of varying DC conditions on the gain (G) and output power (P out ) of LNA have examined. LNAs are located at receiver chain in mobile communication systems. They are connected either directly to the antenna or after an RF bandpass filter. LNA s are one of the most critical blocks in the receiver units because noise and gains of LNA significantly affect the system's total signal to noise ratio (SNR). It is desirable from LNA s to increase the input signal amplitude at GHz frequencies while maintaining the SNR and preventing intermodulation products. It is known that DC conditions play an important role in LNA s P out and G. Therefore, in this study we aimed to investigate changings of P out and G of 2.45 GHz LNA according to changing (increasing) DC conditions. DC conditions have changed with Arduino. In order to obtain stable and smooth DC voltage values, R/2R digital analogue converter (DAC) has designed for digital outputs of Arduino. Desired DC voltages have obtained with LM324 voltage follower circuits located after R/2R DAC. DC conditions of LNA (V DC ) have changed from 0V to 5V with 0.5V steps with Arduino. Changings of Pout and G according to increasing V DC have graphically examined at 2.45 GHz and P 1dB input power level. Keywords: Arduino Uno, Changing of DC conditions, RF LNA, 2.45GHz. 1. GİRİŞ Mobil iletişim sistemleri alıcı birimlerinde yer alan, düşük gürültülü yükselteçlerin (LNA ların) gürültü ve kazançları sistemin toplam sinyal gürültü oranını (SGO) önemli ölçüde etkilediği için alıcı birimlerindeki en kritik bloklardan birisidir. LNA lar antene ya direkt olarak ya da bir RF bant geçiren filtreden sonra bağlanırlar. LNA lardan SGO yu korurken ve intermodülasyon (IM) ürünlerinin oluşmasını engellerken giriş sinyal genliğini GHz mertebesinde artırması istenir. Gürültü faktörü (GF), kazanç (G) ve doğrusallık LNA lar için önemli parametrelerdir. LNA tasarımında GF, uygunlaştırma, kararlılık, kazanç ve giriş üçüncü derece kesim noktası (IIP3) vb. parametrelerinde ödünleşim vardır [1]. Bir RF yükselteci doğrusal bölgede çalıştırıldığı zaman verilen bir frekans değeri için kazanç sabittir. Buna rağmen giriş sinyal genliği artırıldığı zaman Şekil 1 de görüldüğü gibi belirli giriş gücü (P giriş ) değerinin üzerinde kazancın azalmaya başladığı görülür. * Corresponding author. Tel.: address: (B. Senel). 2531

21 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Pçıkış dbm P 1-dB, cikis 1 db Dogrusal sıkıştırılmış P 1-dB, giris Şekil 1. 1-dB sıkıştırma noktası Pgiriş dbm Dönüşüm kaybının 1-dB olduğu yerdeki P giriş seviyesi 1-dB sıkıştırma noktası (P 1dB )olarak adlandırılır. Bu nokta dinamik aralığın en üst noktası olarak alınır. 1-dB sıkıştırma noktasının yukarısında dönüşüm kaybı daha fazladır. P1dB nin yukarısında Pgiriş istenen çıkış gücüne (P çıkış ) dönüşememektedir. P giriş, P 1dB bölgesinin yukarısındaki bölgelerde ısıya veya yüksek dereceden IM çıkışlarına dönüşmektedir. Giriş 1-dB sıkıştırma noktası doğrusal kazanç değerinden 1-dB daha az yükseltilmiş giriş sinyal güç seviyesi olarak tanımlanır [2]. Yükselteç doğrusal davranışının bozulmaya başladığı P 1dB değeri yükselteç doğrusallık performansının belirlenmesinde önemli bir parametredir ve yükselteç doğrusallık performansı hakkında bilgi verir. P 1dB noktasındaki giriş ve çıkış gücü değerlerinin makul sınırlar içerisinde mümkün mertebe yüksek değerli olması istenir ve P 1dB noktasından itibaren yükselteç kazancı düşmeye başladığı için yükselteç bu noktadan daha yüksek değerli giriş güçleri ile sürülmez. Yükselteç girişine uygulanan RF sinyalin genliğinin yükselteç doğrusal performansını etkilediği gibi DC şartlarının değişmesi de doğrusallık performansını etkilemektedir [3, 4]. Bu bilgiden yola çıkarak çalışmada tasarımı yapılan 2.45 GHz LNA nın giriş gücü kademeli olarak değiştirilmiş simülasyon ve ölçümler yapılarak yükselteç P1dB noktaları hesaplanmıştır GHz frekansında LNA nın P 1dB noktası bulunduktan sonra P1dB noktasındaki P giriş değerinde ATF54143 transistörünün nominal çalışma sınırları içerisinde DC gerilim değerleri (VDC) değiştirilmiştir. Değişen Pgiriş ve VDC değerlerinin LNA Pçıkış, G ve P1dB doğrusallık performansına olan etkisi incelenmiştir. Bu çalışmanın devamı olarak bir sonraki aşamada LNA girişine gelen Pgiriş değerlerine göre VDC gerilim değerleri değiştirilerek LNA P1dB ve G performansının iyileştirilmesi hedeflenmektedir. Bu çalışmada ise değişen DC gerilim değerlerinin LNA Pçıkış, G ve P1dB noktasına etkisi incelenerek analiz edilmiştir. Literatür incelendiğinde LNA lar için bu çalışmada izlenen metodolojiye benzer olarak adaptif besleme metodu, aktif indüktör ve farklı kazanç kontrol blokları kullanılarak bant genişliği, G, IIP3, s-parametre performansları iyileştirilmiş çalışmalara rastlamak mümkündür. Xu vd., çalışmalarında SiGe BiCMOS teknolojisi kullanılarak 5.2GHz adaptif beslemeli değişken kazançlı LNA tasarımı yapılmıştır. Çalışmada adaptif besleme metodu kullanarak G ve IIP3 iyileştirmesi yapılmıştır [5]. Kahriman ve Kaya çalışmalarında PIC kontrollü varikapt diyot uygulamalı LNA kazanç kontrolü uygulaması yapmışlardır [6]. Qiangwei vd., ise tasarladıkları aktif indüktörün besleme noktasını kontrol ederek 0.5GHz-5.5GHz geniş bant LNA tasarımı yapmışlardır [7]. Liu vd., benzer şekilde aktif indüktör ve çoklu akım yeniden kullanma tekniği ile düşük güç değişken kazançlı geniş bant LNA tasarımı yapmışlardır. Besleme gerilimi ayarlama devresi ile LNA s- parametreleri, gürültü faktörü ve kararlılığının nasıl değiştiğini incelenmişlerdir [8]. Tessman vd., çalışmalarında güç detektör entegreli ve kazanç kontrol üniteli 100GHz e kadar çalışan MMIC LNA tasarımı yapmışlardır. Çalışmada G kontrolünü değişken kazançlı yükseltecin besleme gerilim noktası değişimi ile sağlamışlardır [9]. Kuo-Hua ve Jou ise çalışmalarında 2.4GHz CMOS LNA uygulamaları için yeni bir kazanç kontrol metodu geliştirmişlerdir. Çalışmada giriş sinyal genliğine göre LNA uyku ve aktif mod içeren dört farklı modda çalıştırılmakta, kazanç, gürültü faktörü, güç tüketimi ve IIP3 kontrolü yapılmaktadır [10]. Literatür incelendiğinde, DC şartların değiştirilerek genellikle CMOS ve MMIC türünden LNA lar için G, s- parametreleri, GF ve kararlılık incelemesi yapıldığı görülmüştür. LNA yapılarında kullanılan değişken kazanç kontrol bloğu DC koşullarının değişimi ile doğrusallık performansı değişimi incelenmiştir. Araştırılan makalelerde doğrusallık performansı iyileştirmesi IIP3 cinsinden yapılmıştır. Bu çalışmada ise ATF54143 ayrık transistörlü 2.45GHz frekansında tasarlanan LNA için DC şartlar değiştirilerek G, Pçıkış ve LNA doğrusal davranışı hakkında bilgi veren P 1dB noktası incelenmiştir. Bu çalışma için yükselteç doğrusal davranışı P 1dB ile karakterize edilmiştir. Çalışmada sabit giriş gücü değerinde (P 1dB giriş gücü değeri için ) LNA nın DC gerilim değerleri R/2R merdiven devresi (sayısal analog dönüştürücü olarak kullanılmıştır), LM324 lü gerilim izleyicisi ve Arduino kullanılarak değiştirilmiştir. 2532

22 2.45 Ghz LNA design with arduino biasing control unit, B. ŞENEL, M. KAHRİMAN, F. A. ŞENEL 2. MATERYAL VE METOT Çalışmada öncelikle 2.45 GHz RF LNA tasarımı yapılmıştır GHz RF LNA tasarımında Agilent ADS yazılımı kullanılmıştır. RF yükselteç için aktif eleman olarak ATF54143 transistörü kullanılmıştır [11]. Simülasyon ortamında değişen P giriş ve V DC gerilim değerlerine göre analiz edilen LNA FR4 (ɛr=4.6, tanδ=0.0148, h=1.6 mm) üzerine basılmıştır [12]. Ölçümlerde SET Elektronik 2.45 GHz mikrodalga sinyal jeneratörü, DC-6GHz Rohde&Schwarz FSH6 spektrum analizörü, DC güç kaynağı, sinyal jeneratörü çıkışındaki harmonikleri elimine etmek için 2.45 GHz dikdörtgensel yama anten kullanılmıştır. Ölçüm ve simülasyonlarda transistöre kataloğunda belirtilen nominal sınırlar içerisinde DC akım, gerilim ve RF giriş sinyali uygulanmıştır GHz LNA Tasarımı ve Gerçeklemesi ADS yazılımı ile uyumlu seçilen transistörün (ATF54143) muhtelif DC değerleri için S2P dosyalarına ve paket modellerine ulaşmak mümkündür 1. Çalışmada Avago Teknolojileri tarafından üretilmiş L&S bandı RF uygulamaları için tasarlanan Şekil 2 de gösterilen 5X143C uygulama devresi (demoboard) kullanılmıştır. Şekil 2. L&S bandı RF uygulamaları için ATF-5X143C demoboard Şekil 2 de gösterilen demoboard Gerber dosyası olarak ADS ye import edilmiştir. Uygulama dokümanı [13] referans alınarak 2.45 GHz frekansında çalışacak yükselteç için giriş çıkış uygunlaştırma elemanları ve DC elemanlar seçilmiştir. Şekil 2 de gösterilen demoboard ATF5X143C serisi transistörlerin herhangi birisi ile 6GHz frekansına kadar olan yükselteç uygulamalarında seçilen transistör ve çalışılacak frekansa göre farklılık gösterecek pasif devre elemanları ile kullanılabilmektedir [14] Arduino lu DC Besleme Kontrol Ünitesi Bu çalışmada LNA DC koşullarını değiştirmek amacıyla Arduino Uno geliştirme kiti kullanılmıştır. Dalgalanmasız ve kararlı DC gerilim değerleri elde etmek amacıyla Arduino nun dijital çıkış pinlerine bağlanmak üzere R/2R dijital analog çevirici (DAC) devresi tasarlanmıştır. R/2R devresinden sonra LM324 lü gerilim izleyici devresi kullanılarak LNA nın R/2R devresinin eş değer direncini değiştirmesinin önüne geçilmiştir. Böylece istenilen volt değerleri sorunsuz olarak elde edilmiştir. Ayrıca tasarlanan Arduino lu besleme kartı altı bit çözünürlüklü R/2R devresi içermektedir. Yani yaklaşık olarak voltluk adımlarla gerilim artırılabilmektedir. Bu çalışmada 0.5 voltluk adımlar yeterli olmasından dolayı yaklaşık yedi adımda bir 0.5 voltluk gerilim artışları elde edilerek işlemler gerçekleştirilmiştir. Arduino lu besleme kontrol ünitesi şematiği Şekil 3 te gösterilmiştir. 2533

23 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2.3. Ölçüm ve Simülasyonlar Şekil 3. Arduino lu besleme kontrol ünitesi şematiği 2.45 GHz frekansına göre elemanları seçilmiş LNA ADS şematiği Şekil 4.a da gösterilmiştir. LNA ADS şematiği kondansatör ve bobinlerden oluşan uygunlaştırma elamanları, DC blok ve RF bypass kondansatörleri ve LNA kararlığını sağlayan rezistif elemanlardan meydana gelmektedir. LNA RF giriş ve çıkışlarına ise 50Ω luk karakteristik empedansa sahip iletim hatları konulmuştur. LNA baskı devresi ise Şekil 4.b de gösterilmiştir. LNA baskı devresinde dört pinli yüzey montajlı SC-70 (SOT-343) ATF54143 transistörü ve kodlu pasif SMD elemanlar kullanılmıştır (a) Şekil GHz RF GY şematik ve baskı devreleri (a) RF yükselteç ADS şematiği (b) 2.45GHz RF yükselteç baskı devresi Laboratuvar ölçüm düzeneği Şekil 5 de gösterilmiştir. (b) Şekil 5. Laboratuvar ölçüm düzeneği 2534

24 2.45 Ghz LNA design with arduino biasing control unit, B. ŞENEL, M. KAHRİMAN, F. A. ŞENEL 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 2.45 GHz frekansında -11dBm lik Pgiriş değerleri için ölçüm ve simülasyon Pçıkış ve G karşılaştırmaları Tablo 1 de gösterilmiştir. Tablo 1. Ölçüm ve simülasyon P çıkış ve G değerleri Simülasyon Ölçüm P giriş (dbm) P çıkış (dbm) G (db) GHz frekansında -11dBm lik Pgiriş için ölçüm ve simülasyon sonuçları karşılaştırılan LNA için Pçıkış ve G değerlerinin birbirine çok yakın olduğu gözlenmiştir. -11dBm lik Pgiriş için 2.45GHz frekansında tasarlanan LNA 11dB lik G değeri ile yaklaşık 1dBm P çıkış a sahiptir. Transistor kataloğunda verilen nominal besleme gerilimi olan 3V luk VDC ile beslenen LNA nın DC analiz simülasyon ve ölçüm sonuçları karşılaştırması Tablo 2 de gösterilmiştir. Tablo 2. Yükselteç DC analiz ölçüm ve simülasyon sonuçları karşılaştırması V DC (V) V GS (V) V DS (V) I DD (ma) Simülasyon Ölçüm Tablo 2 ye göre 3V DC gerilimi ile beslenen LNA 0.5V luk VGS, 2.638V luk VDS, ve yaklaşık 22mA lik ID akım değerlerine sahiptir. Ölçüm ve simülasyon sonuçlarının birbirine yakın değerlerde olduğu gözlenmiştir. Sabit VD C değerinde 2.45GHz frekansında farklı giriş gücü değerlerine karşılık Pçıkış ve kazanç ölçüm ve simülasyon sonuçları karşılaştırmaları grafiksel olarak ise sırasıyla Şekil 6.a ve 6.b de gösterilmiştir. (a) (b) Şekil 6. Artan P giriş değerlerine karşılık P çıkış ve G karşılaştırmalı grafikleri (a) P giriş e karşılık P çıkış simülasyon ve ölçüm grafiği (b) P giriş e karşılık Kazanç ölçüm ve simülasyon grafiği Ölçüm ve simülasyon sonuçlarına göre LNA girişine uygulanan Pgiriş değerine bağlı olarak yükselteç Pçıkış, G ve dolayısıyla da yükselteç doğrusal davranışının değiştiği gözlenmiştir GHz frekansında sabit DC besleme geriliminde VDC) P1dB noktasından itibaren RF giriş sinyali genlik değeri arttıkça yükselteç Pçıkış artış hızı ve kazancının azaldığı ve doğrusallık performansının büyük sinyal bölgesinde RF sinyal genliği artışından olumsuz etkilendiği görülmüştür. Ölçüm sonuçlarına göre yükselteç P1dB noktasındaki giriş gücü değeri -6dBm iken simülasyonda bu değer +6dBm olarak bulunmuştur. 2535

25 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Daha sonra ikinci adım olarak 2.45GHz frekansında P1dB noktasında yükselteç besleme gerilimi(vd C) Arduino lu besleme kontrol bloğu ile 1V ile 5V arasında 0.5V luk adımlarla değiştirilmiştir [1V:0.5V:5V; VDC]. Pçıkış ve G ölçüm ve simülasyon sonuçları grafiksel olarak sırasıyla Şekil 7.a ve 7.b de karşılaştırılmıştır. (a) Şekil 7. Artan VDC değerlerine göre P çıkış ve G simülasyon ve ölçüm karşılaştırmalı grafikleri (a) V DC ye karşılık P çıkış 1dB (b) V DC ye karşılık G 1dB Giriş gücünün sabit tutulup DC gerilim değerlerinin kademeli olarak değiştirildiği ölçüm ve simülasyon sonuçlarına göre yükselteç çıkış gücü, kazancı ve doğrusallık performansı artan DC gerilim değerine göre değişim göstermektedir. Yükselteç doğrusal davranışının bozulmaya başladığı P 1dB noktasındaki Pgiriş değerinde (bu değer simülasyon için 6dBm, ölçüm için ise -6dBm dir) sabit genlikli RF sinyali LNA ya uygulanmış yükselteç DC gerilim değeri 1V ile 5V arasında 0.5V luk adımlarla kademeli değiştirilmiş artan besleme gerilimine karşılık yükselteç çıkış gücü ve kazancının arttığı ve doğrusallık performansının olumlu yönde değiştiği gözlenmiştir. P1dB noktasındaki RF Pgiriş değerlerinde LNA VDC değerinin 3V-5V arasında artırılması ölçümde kazancı ve P çıkış ı yaklaşık 2dB, simülasyonda ise yaklaşık 3dB artırdığı görülmüştür. Çalışmada simülasyon ve ölçüm sonuçları arasındaki fark simülasyonun ADS momentum simülasyonu ile [15-17] gerçekleştirilememiş olması ile lehim hataları vb. durumlardan kaynaklanmaktadır. 4. SONUÇ Bu çalışmada öncelikle 2.45GHz LNA tasarım ve gerçeklemesi yapılmıştır. Yükselteç FR 4 cam elyaf substrat malzeme üzerine basılmış, yükselteçten -11dBm lik giriş gücü (Pgiriş) için yaklaşık 1dBm çıkış gücü (Pçıkış) ve 11dB lik kazanç (G) elde edilmiştir. P1dB noktasındaki giriş gücü değeri simülasyonda +6dBm ölçümlerde ise -6dBm olarak bulunmuştur. Ölçüm ve simülasyon arasındaki farkın temel sebebi simülasyonun şematik olarak yapılması EM simülasyonun yapılamamış olmasıdır. Ölçüm ve simülasyonlarda giriş P1dB noktası bulunduktan sonra 2.45GHz frekansında ve P1dB noktasındaki Pgiriş değerinde LNA nın DC çalışma koşulları VDC [0V:0.5V:5V] aralığında Arduino ile değiştirilmiş, değişen DC gerilim değerlerine göre Pçıkış ve G değişimi grafiksel olarak gösterilmiştir. Ölçüm ve simülasyon sonuçlarına göre 2.45GHz frekansında sabit DC besleme değerinde P 1dB noktasından itibaren RF giriş gücü arttıkça çıkış gücü artış hızı ve kazancın düştüğü ve yükselteç doğrusal davranışının bozulduğu gözlenmiştir. Sabit Pgiriş değerlerinde artan VDC ile yükselteç çıkış gücü ve kazancının arttığı ve doğrusallık performansının olumlu yönde değiştiği gözlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada yapılan simülasyon ve ölçümler neticesinde RF yükseltecinin girişine uygulanan sinyal P 1dB noktasından itibaren yükselteç doğrusallık performansını olumsuz etkilediği; gerçek zamanlı uygulamalarda yükselteç girişine gelmesi muhtemel yüksek genlikli giriş sinyali değerlerinde yükseltecin bozulan doğrusal davranışının DC şartların değiştirilerek iyileştirilebileceği görülmüştür. Bu çalışma için 2.45GHz frekansında tasarlanan LNA girişine gelmesi muhtemel yüksek genlikli Pgiriş değerlerindeki kazanç ve Pçıkış değerlerindeki bozulma artan VDC değerleri üretebilen Arduino lu besleme kontrol bloğu kullanılarak iyileştirilmiştir. (b) 2536

26 2.45 Ghz LNA design with arduino biasing control unit, B. ŞENEL, M. KAHRİMAN, F. A. ŞENEL KAYNAKLAR [1] B. Razavi, Rf Microelectronics. Prentice Hall, [2] J. C. Pedro and N. B. Carvalho, Intermodulation Distortion in Microwave and Wireless Circuits: Artech House, [3] S. C. Cripps, Advanced Techniques in Rf Power Amplifier Design. Artech House, [4] B. Şenel, M. F. Çağlar, and A. Genç, "DC Kutuplama Koşullarinin 2,4GHz Güç Yükselteci Performansına Etkileri" IEEE 22. Sinyal İşleme ve İletişim Uygulamaları Kurultayı, Trabzon, [5] H. Xu, Y. Shi, and F. F. Dai, "A 5.2 GHz Variable Gain Low Noise Amplifier Rfic with Adaptive Biasing for Improved Linearity," In Bipolar/Bicmos Circuits and Technology Meeting (Bctm), 2010 IEEE, 2010, Pp [6] M. Kahriman and A. Kaya, "Rf Devreler için Güç Ölçme ve Adaptif Kontrol Uygulaması," Sdü Teknik Bilimler Dergisi, Vol. 1, [7] D. Qiangwei, Z. Wanrong, J. Dongyue, X. Hongyun, and W. Na, "Variable Gain Broadband Low Noise Amplifier using Tunable Active Inductor," In 2016 IEEE International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT), 2016, Pp [8] Y. Z. Liu, W. R. Zhang, D. Y. Jin, H. Y. Xie, X. Huang, J. T. Chen, Y. X. Zhao, S. Liu, and C. X. Du, "A Low Power Variable Gain Wideband Low Noise Amplifier," In 2016 IEEE International Conference on Ubiquitous Wireless Broadband (ICUWB), 2016, Pp [9] A. Tessmann, A. Leuther, H. Massler, S. Wagner, F. Thome, M. Schlechtweg, and O. Ambacher, "A Millimeter-Wave Low-Noise Amplifier Mmic with Integrated Power Detector and Gain Control Functionality," In 2016 IEEE Mtt-S International Microwave Symposium (IMS), 2016, Pp [10] C. Kuo-Hua and C. F. Jou, "A Novel 2.4GHz LNA with Digital Gain Control using 0.18ΜM CMOS," In 2005 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, 2005, P. 4 Pp. [11] ATF54143datasheet, "ATF Low Noise Enhancement Mode Pseudomorphic Hemt in A Surface Mount Plastic Package," [12] Applicationnote;A006, "Mounting Considerations For Packaged Microwave Semiconductors," [13] Avagotechnologies; AN1222, "ATF High Intercept Low Noise Amplifier for The MHz Pcs Band using the Enhancement Mode Phemt," Copyright Avago Technologies, Limited., Vol en, [14] Avagotechnologies; Applicationsbulletin107, "5x143c/5x143a Demo Boards for the ATF-5x143 Series Avago Phemt Devices," [15] Q. Zhang, W. Li, Z. Wang, C. Qian, and X. Zhang, "2.4GHz WLAN D-Phemt LNA," In 2009 International Conference on Advanced Technologies for Communications, 2009, Pp [16] Y. Sulaeman, T. Praludi, Y. Taryana, and Dedi, "S-Band Two Stage Low-Noise-Amplifier using Single Stub Matching Network," In 2016 International Conference on Radar, Antenna, Microwave, Electronics, and Telecommunications (ICRAMET), 2016, Pp [17] C. Huynh, J. Bae, and C. Nguyen, "Application and Implementation of Computational Electromagnetics in Radio-Frequency Integrated-Circuit Design," In 2017 Computing and Electromagnetics International Workshop (CEM), 2017, Pp

27 A 10dB 2.4GHz Directional Coupler Design and Implementation Bilge Şenel 1,* 1 Department of Electronics and Communication Engineering, Suleyman Demirel University, Isparta, Turkey Abstract In this study, design and implementation of 10dB directional coupler at 2.4GHz have been performed.directional couplers are used to divide power and used to take samples from incoming and reflected signals in microwave systems. Directional couplers could be designed with desired coupling coefficient values required for a microwave system. Integration of directional couplers into a microwave system is very easy, because they are formed in microstrip. They are often used in power splitting applications. Directional coupler has been designed in this study as S 31 <10dB, S 11 > 10dB, S 41 > 15dB according to the 50Ω characteristic impedance value with λ/4 length. Transmission line lengths connected to ports and space length between two coupled lines have been optimized with Random Optimization algorithm. All simulations and optimizations have been performed with Agilent s ADS simulation program. Directional coupler has been fabricated on FR 4 glass fiber substrate with 4.3 ℇ r and 1.6mm substrate thickness. Measurements are held with DC-6GHz Rohde&Schwarz FSH6 spectrum analyzer. Measured and simulated S 21, S 31, S 11, S 41 graphs have been compared in detail. According to simulation results directional coupler has db S 21, db S 31, db S 11, S 41 as well as according to measurement results directional coupler has dB S 21, db S 31, db S 11, S 41. In this study it has been seen that simulation and measurement results are in a good agreement and very close to each other. It has been observed that directional coupler designed in this study provide desired conditions and has been worked successfully. Keywords:Agilent ADS,directional coupler,fr 4, 10dB coupling coefficient, 2.4GHz. 1. GİRİŞ Yönlü kuplörler güç bölmek veya birleştirmek için kullanılan pasif mikrodalga elemanlardır. Güç bölmede giriş sinyali kuplör tarafından daha düşük güçlerde iki veya daha fazla güç değerlerine bölünür.yönlü kuplörler rastgele güç bölme oranları ile dört portlu olarak ve mikro şerit yapıda tasarlanırlar. Ekranlanmamış iki iletim hattı birbirine yeterince yakınsa her bir hattın elektromanyetik etkileşimi neticesinde hatlar arasında güç kuplajlanması meydana gelir. Böyle hatlar kuplajlı iletim hatları olarak isimlendirilir ve kuplajlı iletim hatları birbirine çok yakın ikisi kuplajlı hat diğeri ise toprak olmak üzere üç iletkenden meydana gelirler. Kuplajlı iletim hatlarının TEM modunda çalıştığı varsayılır. Bu varsayım şerit hatlar için geçerli iken mikroşerit hatlar için yaklaşık olarak geçerlidir. Mikroşerit yapıdaki kuplajlı hatların TEM modunda çalıştığı kabul edilirse kuplajlı hatların elektriksel karakteristikleri, hatlar arası etkin kapasitanslar ve hatlar üzerindeki yayılma hızı ile belirlenir. Kuplajlı iletim hatları için iki özel uyarılma vardır. Birisi kuplajlı hatlardaki akımın genlik ve yön olarak aynı olduğu çift (even) mod uyarılma ve kuplajlı hatlardaki akımın eşit genlikli fakat zıt yönlü olduğu tek (odd) mod uyarılmadır[1]. Yönlü kuplörler tasarımı frekans karakteristik empedans (Z0) ve kuplaj katsayısı (C) parametrelerinin değerlerine göre iki kuplajlı hatarasındaki s-mesafesi matematiksel yaklaşıklıklar ile hesaplanır. Frekans ve yönsel kuplörün baskı devresinde kullanılan substrat malzemenin ℇ etkin değerine göreise kuplajlı hattın λ/4 iletim hattı uzunluğu hesaplanır. Bu hesaplamalar matematiksel * Corresponding author. Tel.: address: (B. Senel). 2538

28 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey yaklaşıklar ile hesaplanabileceği gibi, simülasyon programları ile de hesaplanabilmekte ve optimize edilebilmektedir. Bu çalışmada kuplajlı hat λ/4 uzunluğu, w hat genişliği matematiksel formüller ile elle kuplajlı hat s-aralığı ise ADS simülatörü ile hesaplanmıştır. Yönlü kuplörler giriş, çıkış (direk), kuplaj veya izole (sonlandırma) portu olarak adlandırılan dört portlu olarak tasarlanırlar. Yönlü bir kuplörün çok geniş uygulama alanları vardır. Bağlandığı iletim hattına minimum uyumsuzluk ile rahat ve kesin bir şekilde gelen ve yansıyan mikrodalga güçlerinden örnek alınması gereken tüm uygulamalarda kullanılabilir. Yönlü kuplörlerin uygulama alanlarından bazıları şunlardır, Hat izleme Güç ölçümleri Kaynak yük izolatörleri[2] Bu çalışmada gerçeklemesi yapılan 2.4GHz yönlü kuplör bir RF verici sistemde güç bölmek amacıyla kullanılmış ve sisteme başarılı bir şekilde entegre edilmiştir. Kuplörün sistem içerisindeki performansının kuplörün münferit performansına çok yakın olduğu görülmüştür. Genel olarak yönlü kuplör tasarımında mikroşerit ve şerit hat formları kullanılır. Mikroşerit hatlar TEM modunu desteklemezler. Yarı-TEM modu olarak adlandırılan ve TEM gibi çalıştığı kabul edilen bir modu desteklerler. Tüm paralel hatlı kuplörler Zoe ve Zoo (sırasıyla çift ve tek mod karakteristik empedansları) empedansları ile isimlendirilen tek ve çift moduna sahiptir. Yönlü kuplörlerin analiz edilmesinde çift-tek mod analizi kullanılır.aynı zamanda çift-tek mod analizi kuplajlı hatlarda hat aralığının hesaplanmasında da kullanılmaktadır[3]. Bu çalışmada kuplajlı hat arasındaki s-mesafesi tek-çift mod analizi kullanılmadan ADS simülatörü ile optimize edilerek hesaplanmıştır. Farklı formlarda tasarlananyönlü kuplör çeşidi bulunmaktadır hibrid kuplörler, hibrid kuplörler, çoklu kesitli kuplörler, farklı geometrilerde tasarlanabilen kuplörlerden bazılarıdır.bu çalışmada tek kesitli mikroşerit hatlı yönlü kuplör tasarımı yapılmıştır. 2. MATERYAL VE METOD Bu çalışmada 2.4GHz frekansında 10dB yönlü kuplör tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır.yönlü kuplör tasarım ve simülasyonları Agilent ADS simülasyon programı ile yapılmıştır.yönlü kuplör RF alıcı verici sistemlerinde güç bölmek amacıyla kullanılmak üzeremikro şerit yapısında tasarlanmıştır.10db 2.4GHz yönlü kuplör ADS şematiği Şekil1.a da,yönlü kuplörün baskı devre hali ise Şekil 1.b de gösterilmiştir. (a) (b) Şekil 1.2.4GHz 10dB Yönlü kuplör ADS şematiği ve baskı devresi (a) ADS şematiği (b) Baskı devresi 2.1. Yönlü Kuplör Tasarımı Çalışmada 2.4GHz 10dB yönlü kuplör tasarımında Agilent ADS yazılımı kullanılmıştır. Kuplör baskı devresi 4.6 ℇr(bağıl dielektrik sabiti) ve 1.6mm dielektrik kalınlıklı FR4 üzerine yapılmıştır. Kuplör 2.4GHz frekansı için 200MHz bant genişliğinde 10dB lik kuplaj katsayısı referans alınarak tasarlanmıştır. Çalışmada öncelikle 2.4GHz frekansı için tasarım kriterleri belirlenmiş kuplajlı iletim hattı uzunluk(l), genişliği(w)bu tasarım kriterlerine göre hesaplanmıştır. Benzer şekilde ve iki hat arasındaki s-mesafesi ve port bağlanacak iletim hattı uzunlukları ADS simülatörü içinde bulunan Rastgele Optimizasyon algoritması ile optimize edilerek hesaplanmıştır. Tablo 1 de de görüleceği üzere S21< 3 db, S31> 10 db, S11< 10 db, S41< -20 db olacak şekilde tasarım kriterleri belirlenmiş tüm hesaplama ve optimizasyonlar bu değerlere göre yapılmıştır. Önceden belirlenen Zo (tek hattın karakteristik empedansı), ℇr ve C (kuplajlı hattın kuplaj katsayısı) ye göre eşdeğer tek mikroşerit hat için şekil oranı belirlenmiştir. Zo karakteristik empedans değerine ve kullanılan substrat malzemenin ℇr değerine bağlı olanw/h şekil oranını bulmada (1,2,3,4) formüllerinde belirtilen yaklaşıklıklar kullanılmıştır[4]. 2539

29 10dB 2.4GHz Yönlü Kuplör Tasarim ve Gerçeklemesi, B. ŞENEL WW h 2 iiçiiii; WW h = 8eeAA ee 2AA 2 (1) WW h 2 iiçiiii; WW h = 2 ππ BB 1 ln(2bb 1) + εε rr 1 ln(bb 1) (2) 2εε rr εε rr AA = ZZ oo 60 εε rr εε rr (3) 2 εε rr + 1 εε rr BB = 377ππ 2ZZ oo εε rr (4) Frekans (f) ve ℇr değerlerine bağlıkuplajlı iletim hattı l uzunluğunu hesaplamada ise (5,6,7) formüllerinde belirtilen yaklaşıklıklar kullanılmıştır[4]: VV pp = cc (5) εε ffff λλ = λλ 1/2 0 εε rr (εε rr 1)(WW/h) λλ = λλ 1/2 0 εε rr (εε rr 1)(WW/h) εε rr εε rr (6) (7) Önceden belirlenen C katsayısına ve Z0 a bağlı olan kuplajlı iletim hattındaki s-aralığı ve SMA konektör bağlanacak port uzunlukları ADS simülatöründe bulunan Rastgele Optimizasyon algoritması ile optimize edilmiştir. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 2.4GHz frekansında 10dB kuplaj katsayısı için tasarlananyönlü kuplörün 1GHz-5GHz arasında simüle edilmiş ve ölçülmüş s-parametreleri S 21, S 31, S 11, S 41 olmak üzere sırasıyla Şekil 2 ve Şekil 3 de gösterilmiştir. Şekil 2.a ya göre 2.4GHz frekansında 10dB kuplaj katsayısı değerine göre tasarlananyönlü kuplör sırasıyla - 0.5dB ve -1.8 db ölçüm ve simülasyon S21 değerlerine sahiptir. Şekil 2.b ye göre ise 2.4GHz frekansı için tasarlanan 10dB lik kuplör sırasıyla -8dB ve -10dB ölçüm ve simülasyon S31 değerlerine sahiptir. S 2 1 Ölçüm-Simülasyon Grafiği S 3 1 Ölçüm-Simülasyon Grafiği Ölçüm Simülasyon Ölçüm Simülasyon S 2 1 db -2 S 3 1 db GHz GHz (a) Şekil 2.10dB 2.4GHz yönlü kuplör S 21 ve S 31 ve ölçüm ve simülasyon grafikleri (a) S 21 ölçüm ve simülasyon grafikleri (b)s 21 ölçüm ve simülasyon grafikleri (b) Şekil 3.a ya göre ise tasarlanan yönlü kuplör sırasıyla -15dB ve -20dB lik ölçüm ve simülasyon S11 değerlerine sahiptir. Şekil 3.b ye göre ise çalışmada tasarlanan yönlü kuplör sırasıyla -16dB ve -22dB lik S41 değerlerine sahiptir. 2540

30 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey S 1 1 Ölçüm-Simülasyon Grafiği Ölçüm Simülasyon S 4 1 Ölçüm-Simülasyon Grafiği Ölçüm Simülasyon S 1 1 db S 4 1 db GHz GHz (a) Şekil 3.10dB 2.4GHz yönlü kuplör S 11 ve S 41 ve ölçüm ve simülasyon grafikleri (a) S 11 ölçüm ve simülasyon grafikleri (b) S 41 ölçüm ve simülasyon grafikleri Yönlü kuplör karşılaştırmalı simülasyon ve ölçüm grafiklerinden tasarımı ve gerçeklemesi yapılmış olan yönlü kuplörün tasarım öncesi hedeflenen şartları sağladığı ve başarılı bir şekilde çalıştığı gözlenmiştir. 2.4GHz frekansı için yönlü kuplör tasarım öncesi hedefleri, ölçüm ve simülasyon sonuçları Tablo 1 de karşılaştırılmıştır. Tablo 1.Yönlü kuplör tasarım öncesi hedefleri, ölçüm ve simülasyon sonuçları (b) Performans Parametresi Tasarım Hedefleri Simülasyon Sonuçları Ölçüm Sonuçları S 21 > -3 db S 31 > -10 db S 11 < -10 db S 41 < -20 db Tablo 1 incelendiğinde 2.4GHz frekanslı yönlü kuplörün ölçüm ve simülasyon sonuçlarının tasarım hedeflerini sağladığı yalnızca S41 parametresinin tasarım hedefini sağlamadığı gözlenmiştir. S31 parametresinin istenen değeri sağlaması için kuplör s-aralığının yeterince küçük seçilmesi ve simetrik bir görünüm olması açısından kuplör üçüncü ve dördüncü port iletim hatlarının aynı uzunlukta olması gerekliliklerden dolayı pratikte S41 tasarım öncesi hedeflenen şartları sağlamamaktadır fakat S41 ölçüm sonucu kabul edilebilir bir değerdedir. 4. SONUÇ Bu çalışmada mikroşerit yapıda 2.4GHz frekansı için 10dB kuplaj katsayısı değerine sahip yönlü kuplör tasarım ve gerçeklemesi yapılmıştır. Tasarım Agilent ADS yazılımı ile yapılmıştır. Yönlü kuplör ise FR4 substrat malzeme üzerine basılmıştır. Çalışmada tasarlanan yönlü kuplör mikrodalga verici sistemlerinde güç bölmek amacıyla kullanılmıştır. Yönlü kuplör tasarımında önceden belirlenen tasarım kriterlerine göre (frekans, kuplaj katsayısı, karakteristik empedans) kuplajlı hattın genişliği, kuplajlı hat s-aralığı ve hat uzunlukları belirlenmiştir. Çalışmadakuplajlı hattın genişliği karakteristik empedansa göre matematiksel formüller ile hesaplanmıştır. Kuplajlı hat s-aralığı ve port uzunlukları ADS simülatörü içindeki Rastgele optimizasyon algoritması ile optimize edilmiştir. Ölçüm ve simülasyon sonuçlarına göre 2.4GHz frekansında 10dB kuplaj katsayısı değerine tasarlanan yönlü kuplör sırasıyla-0.5 db ve -1.8dB S21, -8dB ve -10dB S31, - 15dB ve -20dB S11 ve -16dB ve -22dB lik S41 performans parametrelerine sahiptir. Elde edilenölçüm ve simülasyon sonuçlarının birbirine çok yakın olduğu görülmüştür. S41 performans parametresi hariç diğer tüm parametrelerin tasarım kriterlerini sağladığı görülmüştür. Tek başına çalışmada tasarlanan yönsel kuplör ile elde edilen ölçüm ve simülasyon sonuçlarına göre istenen şartları sağlayan 2.4GHz yönlü kuplör, RF verici biriminde güç bölmek amacıyla kullanılmış sisteme kolayca entegre edilmiş ve istenen şekilde güç bölme işlemini gerçekleştirmiştir. 2541

31 KAYNAKLAR 10dB 2.4GHz Yönlü Kuplör Tasarim ve Gerçeklemesi, B. ŞENEL [1] D. M. Pozar, Microwave Engineering, [2] S. Yılmaz, "Microwave Term Project Directional Coupler," [3] R. K. Mongia, RF and Microwave Coupled-Line Circuits: Artech House, [4] G. Gonzales, Microwave Transistor Amplifiers Analysis and Design: Prentice-Hall, BİYOGRAFİ Bilge Şenel Süleyman Demirel Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü'nden lisans derecesi ile mezun olmuş, yüksek lisansını Süleyman Demirel Üniversitesi'nde tamamlamıştır. Süleyman Demirel Üniversitesinde doktora öğrenimine devam etmekte olup 2009 yılından beri araştırma görevlisi olarak görev yapmaktadır. 2542

32 Computer Anxiety among University Students: A Comparative Study on Turkey and Azerbaijan Universities A. Bingol 1,*, Ə. Pələngov 2, N. Halisdemir 3 1 Department of Information Technologies, Firat University, Elazig, Turkey 2 Azerbaijan State Pedagogical University, Baku, Azerbaijan 3 Department of Statistic, Faculty of Science, Firat University, Elazig, Turkey Abstract The purpose of this research determine the computer anxiety level of university students from two different cultures and socio-economic structures. The population of the research consisted of students studying at Firat University and Ganja State University. The sample of the research consisted of 334 students that are taking Basic Information Technologies course from Firat University, and 227 students that are taking Informatics course from Ganja State University. The research used the Computer Anxiety Scale (CAS), which was developed by Marcoulides, Stocker and Marcoulides (2004), and was conducted using an online survey method. The scale was translated into Turkish by Cavus and Gunbatar (2008), and into Azerbaijani by Bingol, Halisdemir, and Pelengov (2017). As a result of the analysis of data obtained from both universities; the computer anxiety level of students from Ganja State University is mid-level with 2.81 points, but their anxiety level is higher than that of students from Firat University (1.91). Meaningful result have been obtained between gender, computer or mobile device ownership, accommodation, faculties, and computer anxiety levels among Ganja State University students. However, for Firat University only the computer or mobile device ownership factor is observed to effect the computer anxiety levels. Importance should be given to these kinds of studies in terms of determining and eliminating the anxiety felt by students who study in different universities with varying technological opportunities towards using a computer. Keywords: Computer anxiety, computer anxiety scale, cross-international comparison 1. GİRİŞ Bilgi, içinde bulunduğumuz çağda ekonominin başlıca hammaddeleri arasında yerini almış bulunuyor. Gelişen bu durum karşısında doğru bilgiye zamanında erişebilmek, yeni bilgiler üretebilmek ve sunabilmek ancak günümüz teknolojilerinden yararlanmakla mümkündür. Teknolojiden yararlanma ihtiyacının bir neticesi olarak toplumdaki her bireyin bilgisayar ve benzeri teknolojik cihazları kullanma yeterliklerini geliştirmesi zorunluluk halini almıştır. Bu durum, günlük yaşamda pek çok insanın doğrudan ya da dolaylı olarak bilgisayar kullanımına ilişkin bir deneyim yaşamasına sebep olmaktadır. Ancak herkes bilgisayar kullanırken kendini rahat hissedememekte, dahası bilgisayar kullanmaya gereksinim duyduğunda çoğu kez korku, stres ve iş yaşantısındaki kontrolünü * Corresponding author. Tel.: /3151 address: (Atilla Bingöl) 2543

33 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey kaybedeceği gibi duygular yaşayarak bu teknolojiyi kullanmaya ilişkin bir kaygı durumu yaşamaktadır. [1]. Bilgisayar kullanmaya karşı yaşanan ve literatürde bilgisayar kaygısı, bilgisayar stresi, bilgisayar fobisi gibi çeşitli kavramlarla ifade edilen bu tür olumsuz duygular, bireylerin bilgisayarlarla olan etkileşimlerini olumsuz biçimde etkilemektedir [2]. 20. yüzyılın sonlarına doğru literatürde yerini almaya başlamış olan bilgisayar kaygısı birçok bilimsel araştırmaya konu olmuş ve araştırmacılar tarafından birbiri ile örtüşen tanımlamalar yapılmıştır. Bu tanımlamalardan bazıları şunlardır; Bilgisayarlarla direk etkileşimli kişiler ya da kullanmayı düşünenler tarafından hissedilen duygusal korku, endişe ve fobi. [3]. Bireyin bilgisayar teknolojisini kullanırken veya bilgisayar kullanım sonuçlarını düşündüğünde ortaya çıkan peşin hüküm veya korkular. [4]. Bilgisayar kullanmaktan kaçınma, çekinme ve bilgisayarlarla gerekli olan etkileşimi en aza indirgeme davranışları. [5]. Stone, Arunachalam, ve Chandler (1996) ise bilgisayar kaygısının bilgisayar öz-yeterlik ile ilişkili, ancak farklı bir psikolojik yapı olduğunu belirtmektedir [6]. Saadé ve Kira, 2009 yılında yaptıkları bir çalışmada üniversiteye yeni başlamış öğrencilerin yarısının bilgisayarlar hakkında ön yargıya sahip olduğunu belirtmişlerdir [7]. Ancak bireylerin kaygılarının asıl sebebi bir durum hakkındaki gerçekler değil, kişilerin o durum hakkındaki kendi düşünceleridir [8]. Bu yaklaşım bilgisayar kaygısının bilgisayar eğitimi ile azaltılabileceği veya ortadan kaldırılabileceği düşüncesini desteklemektedir. Bilgisayar kaygısının azaltılabildiği görüşü birçok deneysel çalışma ile de desteklenmektedir [ ]. Öğrencilerin gerek günlük yaşamlarında, gerekse üniversite eğitimlerinden sonraki mesleki dönemlerinde teknolojik yeterliklere sahip olmaları, teknolojiyi etkin ve etkili kullanmaları gerekliliği, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde gittikçe artan bir olgu olarak göze çarpmaktadır. Ülkemizde de bu hedef doğrultusunda hazırlanmış Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları (Vizyon 2023) Strateji Belgesinde; Eğitim alanında, bireyin yaratıcılık ve hayal gücünü geliştiren; bireysel farklılıkların gözetilmesi ve değerlendirilmesi ile her bireyin özellikleri doğrultusunda en üst düzeyde kendini geliştirebildiği; zaman ve mekan kısıtlarından arınmış, kendi özgün öğrenme teknolojilerini yaratmış ve değişim esnekliğiyle kendini yenileme gücüne sahip; öğrenme ve insan odaklı bir eğitim sistemine sahip olmak gerekliliği vurgulanmıştır [14]. Eğitim kurumları öğrencilerin bilgisayar kullanmaya karşı duydukları kaygı düzeylerini tespit ederek, bu kaygılarının azaltılması yönünde yapacakları çalışmalarla toplumun teknolojiye uyum sürecini hızlandırabilirler [15]. Ülkemizdeki üniversitelerde öğrenim gören öğrencilerin bilgisayarlara karşı duydukları kaygı düzeylerinin tespiti yönünde yapılmış birçok çalışma bulunmaktadır [ ]. Ancak, yapılan literatür taramasında; bu çalışmaların sonuçlarını başka ülkelerde öğrenim gören öğrenciler üzerinde yapılmış çalışmaların sonuçları ile karşılaştıran ve aralarındaki farkları ortaya çıkaran çalışmalara rastlanamamıştır. Çeşitli ülkelerde farklı teknolojik imkanlara sahip üniversitelerde öğrenim gören öğrencilerin bilgisayarlara karşı duydukları kaygı düzeylerini tespit eden araştırmaların sonuçları ile bu konuda ülkemizde yapılmış araştırmaların sonuçlarının karşılaştırılması; kültürel veya sosyo-ekonomik farklılıklardan doğan faktörlerin tespit edilerek giderilebilmesi açısından önem arz etmektedir ve bu tür çalışmalar desteklenmelidir. 2. YÖNTEM VE METOD 2.1. Evren ve örneklem Araştırmanın evrenini Fırat Üniversitesi ile Gence Devlet Üniversitesinde öğrenim gören öğrenciler oluşturmuştur. Örneklemini ise Fırat Üniversitesinde Temel Bilgi Teknolojileri dersini alan 334, Gence Devlet Üniversitesinde İnformatika dersini alan 227 öğrenci oluşturmuştur Veri toplama araçları Her iki üniversitede yürütülen araştırmada; Marcoulides, Stocker ve Marcoulides (2004) tarafından geliştirilen Bilgisayar Kaygı Ölçeği (BKÖ) (Ek-1) çevrimiçi anket yöntemiyle uygulanmıştır [23]. Orijinal formu İngilizce olan ölçeğin Türkçeye uyarlaması 2008 yılında Çavuş ve Günbatar (2008) tarafından [24], Azerbaycan diline uyarlaması ise Bingöl, Halisdemir ve Pələngov (2017) tarafından yapılmıştır [25]. Anket formu, 6 maddelik Demografik Bilgi Formu ve 20 maddelik 5 li Likert tipi sorulardan oluşmaktadır. 2544

34 Computer Anxiety among University Students: A Comparative Study on Turkey and Azerbaijan Universities Bingöl, A., Pələngov Ə., Halisdemir, N Verilerin analizi Evrenden örneklem seçmek için fakülte ve yüksekokulların öğrenci sayıları belirlenerek, öğrenci sayısına göre Basit Tesadüfi Örnekleme (BTÖ) yöntemi kullanılmıştır. Öğrencilere uygulanan anket sonucunda elde edilen yanıtlar veri kaybı açısından incelenmiş ve veri kaybı olmadığı tespit edildikten sonra alınan tüm yanıtlar geçerli kabul edilerek gerekli analizler SPSS-22 paket programı ile yapılmıştır. Çalışmadaki istatistiksel analizlerde anlamlılık düzeyi.05 olarak belirlenmiştir. Aritmetik ortalamaların aralığını belirlemek amacıyla 5 sütun 4 aralık mantığından hareket edilmiştir. Her bir aralığın değeri 4/5= 0.8 dir. Öğrencilerin Bilgisayar Kaygısı Ölçeği puanları ile demografik bilgileri arasında ilişki olup olmadığını belirlemek için tek yönlü varyans analizi (ANOVA), diskriminant analizi ve t-testi kullanılmıştır. Varyans analizinin anlamlı çıktığı durumlarda, farkın hangi gruptan kaynaklandığını tespit etmek için Post-Hoc çoklu karşılaştırma (Tukey HSD) analizi kullanılmıştır. 3. BULGULAR VE YORUM Bu bölümde araştırma amacına uygun olarak verilerin analizi sonucunda elde edilen bulgulara yer verilmiştir. Fırat Üniversitesi ve Gence Devlet Üniversitesinden çalışmaya katılan öğrencilerin fakültelere göre dağılımları Tablo 1 de olduğu gibidir. Tablo 1. Öğrencilerin öğrenim gördükleri fakültelere göre dağılımı Fırat Üniversitesi Gence Devlet Üniversitesi Fakülteler Frekans (n) Yüzde (%) Kümülatif Yüzde (%) Fakülteler Frekans (n) Yüzde (%) Kümülatif Yüzde (%) Eğitim 75 22,5 22,5 Riyaziyyat İnformatika 59 26,0 26,0 İnsani ve Sosyal Bilimler ,2 67,7 Fizika və Texniki Fənlər 71 31,3 57,3 İktisadi ve İdari Bilimler 49 14,7 82,3 Pedaqoji 54 23,8 81,1 İletişim 59 17,7 100,0 Tarix Coğrafiya 43 18,9 100,0 Toplam ,0 Toplam ,0 Çalışmaya katılan öğrencilerin demografik özelliklerine göre dağılımları Tablo 2 de olduğu gibidir. Tablo 2. Öğrencilerin demografik özelliklerine göre dağılımı Fırat Üniversitesi Gence Devlet Üniversitesi Kümülatif Kümülatif Cinsiyet Frekans (n) Yüzde (%) Yüzde (%) Frekans (n) Yüzde (%) Yüzde (%) Kız ,8 60, ,4 60,4 Erkek ,2 100, ,6 100,0 Toplam , ,0 Bilgisayar veya Taşınır Cihaz Sahipliği Frekans (n) Yüzde (%) Kümülatif Yüzde (%) Frekans (n) Yüzde (%) Kümülatif Yüzde (%) Yok 4 1,2 1,2 15 6,6 6,6 Sadece Bilgisayar 33 9,9 11, ,6 17,2 Taşınabilir Cihaz ,1 57, ,0 65,2 Her İkisi ,8 100, ,8 100,0 Toplam , ,0 Barınma Yeri Frekans (n) Yüzde (%) Kümülatif Yüzde (%) Frekans (n) Yüzde (%) Kümülatif Yüzde (%) Aile Yanı ,4 43, ,3 57,3 Öğrenci Evi 48 14,4 57, ,6 78,9 Diğer (Yurt, misafirhane vb.) ,2 100, ,1 100,0 Toplam , ,0 Fırat Üniversitesi ile Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ortalamaları ile cinsiyetleri arasındaki ilişki incelenmiş ve Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeylerinin cinsiyete göre anlamlı çıktığı görülmüştür (Tablo 3). Fırat Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeylerinin cinsiyete göre farklılık göstermediği tespit edilmiştir. 2545

35 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Tablo 3. Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin Bilgisayar kaygı düzeyleri ile cinsiyet arasında bağımsız t-testi Levene Testi F P t s.d. Ortalamaların eşitliği durumunda t-testi P (2-yönlü) Ortalama Fark Std. Hata 95% Güven aralığı Varyanslar eşit 12,175,001 5, ,000,59629,11192,37574,81683 Varyanslar eşit değil 5, ,589,000,59629,11703,36517,82740 Fırat Üniversitesi ile Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ortalamaları ile öğrenim gördükleri fakülte, bilgisayar veya taşınabilir cihaz sahipliği ve barınma yerleri arasındaki ilişki incelenmiş ve Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyi ortalamalarının anlamlı çıktığı gözlemlenmiştir (Tablo 4, Tablo 5, Tablo 6). Tablo 4. Bilgisayar kaygı düzeyleri ile öğrenim gördükleri fakültelere göre varyans analizi (ANOVA) Fırat Üniversitesi Gence Devlet Üniversitesi K.Top. s.d. K.Ort. F P K.Top. s.d. K.Ort. F P Gruplar arası 2,672 3,891 1,905,129 89, ,842 80,299,000 Gruplar İçi 154, ,468 82, ,372 Toplam 156, , Bilgisayar kaygı ölçeği maddeleri ile öğrencilerin öğrenim gördükleri fakülteler arasında yapılan varyans analizi (ANOVA) sonucuna göre Fırat Üniversitesinde öğrenim gören öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinin fakültelere göre farklılık göstermediği tespit edilmiştir. Gence Devlet Üniversitesinde ise öğrencilerin öğrenim gördükleri fakülteler ile ölçek maddeleri arasında Tablo 4 te görüldüğü gibi anlamlı bir ilişki tespit edilmiş ve bu ilişkilerin hangi sorulardan kaynaklandığının tespiti için yapılan post-hoc çoklu karşılaştırma sonucunda ölçeğin 10 numaralı sorusu haricindeki sorulardan kaynaklandığı gözlemlenmiştir. Yapılan analizde Gence Devlet Üniversitesinin Pedaqoji Fakültesi ve Tarix-Coğrafiya Fakültesi öğrencilerinin Riyaziyyat-İnformatika Fakültesi ve Fizika və Texniki Fənlər Fakültesi öğrencilerinden daha yüksek bilgisayar kaygısına sahip olduğu tespit edilmiştir. Bilgisayar kaygı düzeylerinin fakülteler açısından anlamlı farklılık göstermesi; sosyal bilimler alanında okuyan öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeyleri, fen ve teknik bilimler alanlarında öğrenim gören öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinden daha yüksektir şeklinde yorumlanabilir. Tablo 5. Bilgisayar kaygı düzeyleri ile cihaz sahipliğine göre varyans analizi (ANOVA) Fırat Üniversitesi Gence Devlet Üniversitesi K.Top. sd K.Ort. F P K.Top. sd K.Ort. F P Gruplar arası 2,277 3,759 1,619,185 33, ,290 18,174,000 Gruplar İçi 154, , , ,621 Toplam 156, , Bilgisayar kaygı ölçeği maddeleri ile bilgisayar veya taşınabilir cihaz sahipliği arasında post-hoc çoklu karşılaştırması yapıldığında Fırat Üniversitesi öğrencileri açısından ölçeğin 1, 8 ve 15 numaralı soruları; bir bilgisayar veya taşınabilir bir cihazın her ikisine sahip olanlar ile sadece taşınabilir bir cihaza sahip olanlar açısından anlamlı çıkmıştır. Gence Devlet Üniversitesi öğrencileri açısından incelendiğinde ise ölçeğin 5 numaralı sorusu haricindeki sorular anlamlı çıkmıştır. Bu ilişki bir bilgisayar veya taşınabilir bir cihazın her ikisine veya en az birine sahip olan öğrencilerin kaygı düzeylerinin daha yüksek düzeyde olduğunu açıklamaktadır. Tablo 6. Bilgisayar kaygı düzeyleri ile barınma yerlerine göre varyans analizi (ANOVA) Fırat Üniversitesi Gence Devlet Üniversitesi K.Top. s.d. K.Ort. F P K.Top. s.d. K.Ort. F P Gruplar arası 2, ,267 2,715,068 21, ,907 16,224,000 Gruplar İçi 154, , , ,672 Toplam 156, , Bilgisayar kaygı ölçeği maddeleri ile öğrencilerin barınma yerleri arasında yapılan varyans analizi (ANOVA) sonucuna göre Fırat Üniversitesinde öğrenim gören öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeyleri arasında anlamlı bir ilişki tespit edilememiştir. Gence Devlet Üniversitesinde ise öğrencilerin barınma yerleri ile ölçek Alt Üst 2546

36 Computer Anxiety among University Students: A Comparative Study on Turkey and Azerbaijan Universities Bingöl, A., Pələngov Ə., Halisdemir, N. maddeleri arasında Tablo 6 da görüldüğü gibi anlamlı bir ilişki tespit edilmiş ve bu ilişkilerin hangi sorulardan kaynaklandığının tespiti için yapılan post-hoc çoklu karşılaştırma sonucunda ölçeğin 3,5,9,13,15,18,19,20 numaralı sorular haricindeki sorulardan kaynaklandığı gözlemlenmiştir. Genel bilgisayar kaygı düzeyleri puanları ile öğrencilerin barınma yerleri karşılaştırıldığında misafirhane, yurt vb. yerlerde barınan öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinin ailelerinin yanında veya öğrenci evlerinde barınan öğrencilere göre daha yüksek olduğu, öğrenci evinde barınan öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinin ise ailelerinin yanında kalan öğrencilere göre daha yüksek olduğu da ayrıca gözlemlenmiştir. Bilgisayar kaygı düzey ortalamaları ile demografik özellikler arasında ilişkinin şiddetini ve yönünü tespit etmek amacıyla yapılan korelasyon analizi neticelerine göre çok zayıf olmasına rağmen Fırat Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygıları ile cinsiyetleri arasında ters yönde bir ilişki tespit edilmiştir. Yapılan analize ait sonuçlar Tablo 7 de verilmiştir. Tablo 7. Fırat Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ve demografik özellikler korelasyonu Kaygı Ortalaması Cinsiyet Fakülte Barınma Yeri Cihaz Sahipliği Pearson Correlation 1 -,118 * -,069,100 -,028 Kaygı P (2-yönlü),031,208,067,604 Ortalaması N Pearson Correlation 1,203 **,063,009 Cinsiyet P (2-yönlü),000,249,873 N Pearson Correlation 1,020,061 Fakülte P (2-yönlü),718,265 N Pearson Correlation 1,032 Barınma Yeri P (2-yönlü),556 N 334 Pearson Correlation 1 Cihaz P (2-yönlü) Sahipliği N * Korelasyon 0.05 düzeyinde (2-kuyruklu) anlamlıdır. ** Korelasyon 0.01 düzeyinde (2-kuyruklu) anlamlıdır. Bilgisayar kaygı düzey ortalamaları ile demografik özellikler arasında ilişkinin şiddetini ve yönünü tespit etmek amacıyla yapılan korelasyon analizi sonucunda Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ile demografik özellikleri arasındaki en güçlü ilişkinin fakülte farklılıklarından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Öğrencilerin cinsiyetleri ile bilgisayar kaygı düzeyleri arasında ters yönde ve orta düzeyde bir ilişki tespit edilmiştir. Yapılan analize ait sonuçlar Tablo 8 de verilmiştir. Tablo 8. Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ve demografik özellikler korelasyonu Kaygı Ortalaması Cinsiyet Fakülte Barınma Yeri Cihaz Sahipliği Kaygı Ortalaması Cinsiyet Fakülte Barınma Yeri Cihaz Sahipliği Pearson Correlation 1 -,335 **,641 **,348 ** -,300 ** P (2-yönlü),000,000,000,000 N Pearson Correlation 1 -,230 **,078,108 P (2-yönlü),000,242,104 N Pearson Correlation 1,054 -,251 ** P (2-yönlü),417,000 N Pearson Correlation 1 -,114 P (2-yönlü),088 N 227 Pearson Correlation 1 P (2-yönlü) N ** Korelasyon 0.01 düzeyinde (2-kuyruklu) anlamlıdır. 2547

37 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 4. SONUÇ VE TARTIŞMA Bu çalışma, üniversite öğrencilerinin bilgisayar kullanırken yaşadıkları kaygının düzeyini etkileyen faktörleri, uluslararası bağlamda Azerbaycan ile Türkiye'yi karşılaştırarak araştırmayı amaçlamıştır. Çalışmamızda, Fırat Üniversitesi ile Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzey ortalamaları cinsiyet, öğrenim gördükleri fakülte, bilgisayar veya taşınabilir cihaz sahipliği ve barınma yerlerine göre karşılaştırılmış ve aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir; Cinsiyet farklılığı: Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ile cinsiyetleri arasında anlamlı bir ilişki tespit edilmiş, Fırat Üniversitesi öğrencilerinde ise bilgisayar kaygı düzeylerinin cinsiyet açısından farklılık göstermediği tespit edilmiştir. Fakülte farklılığı: Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin öğrenim gördükleri fakülteler açısından anlamlı bir ilişki tespit edilmiş, Fırat Üniversitesi öğrencilerinde ise bilgisayar kaygı düzeylerinin öğrenim gördükleri fakülteler açısından farklılık göstermediği tespit edilmiştir. Gence Devlet Üniversitesinde Pedaqoji Fakültesi ve Tarix-Coğrafiya Fakültesi öğrencilerinin Riyaziyyat-İnformatika Fakültesi ve Fizika və Texniki Fənlər Fakültesi öğrencilerinden daha yüksek bilgisayar kaygısına sahip olduğu tespit edilmiştir. Bilgisayar kaygı düzeylerinin fakülteler açısından anlamlı farklılık göstermesi, sosyal bilimler alanında okuyan öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinin fen ve teknik bilimler alanlarında öğrenim gören öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinden daha yüksek olduğu şeklinde yorumlanabilir. Cihaz sahipliği: Her iki üniversitede öğrenim gören öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinin bir bilgisayar veya taşınabilir cihaza sahip olma durumunda kaygı düzeylerinin değiştiği, bu cihazların her ikisine veya en az birine sahip olan öğrencilerin kaygı düzeylerinin daha düşük düzeyde olduğu gözlemlenmiştir. Barınma yeri: Gence Devlet Üniversitesi öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ile barınma yerleri arasında anlamlı bir ilişki tespit edilmiş; misafirhane, yurt vb. yerlerde barınan öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeylerinin ailelerinin yanında veya öğrenci evlerinde barınan öğrencilere göre daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Fırat Üniversitesinde öğrenim gören öğrencilerin bilgisayar kaygı düzeyleri ile barınma yerleri arasında anlamlı bir ilişki tespit edilememiştir. Türkçe, Azerbaycan dili ve İngilizce olarak yapılan literatür taramalarında; Türkiye deki üniversitelerde öğrenim gören üniversite öğrencilerinin bilgisayar karşısında yaşadıkları kaygı düzeylerini araştıran çalışmalara rastlansa da, Azerbaycan daki üniversitelerde bu konu ile ilgili tek çalışma Bingöl (2017) tarafından yapılmıştır. Bingöl (2017), Gence Devlet Üniversitesinde öğrenim gören 186 öğrenci üzerinde yaptığı çalışmanın sonucunda; üniversite öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeylerinin cinsiyetlerine göre düşük düzeyde, fakültelerine, barınma yerlerine ve bir bilgisayar veya taşınabilir cihaz sahipliğine göre orta düzeyde anlamlı farklılıklar olduğunu belirtmiştir [15]. Çalışmamızın yukarıda belirtilen sonuçları ile Türkiye de bu alanda yapılmış bazı çalışmaların sonuçları da örtüşmektedir. Çevik ve Baloğlu 2007 yılında yaptıkları çalışmanın sonucunda öğrencilerin bilgisayar kullanma deneyimleri arttıkça bilgisayar kaygılarının azaldığı yönünde bulguların ortaya çıktığını belirtmişlerdir [26]. Namlu ve Ceyhan (2003: 423), öğrencilerin bilgisayar karşısında yaşadıkları kaygılarla ilgili olarak benzer neticeler elde etmiş ve öğrencilerin bu kaygılarının azaltılabilmesi için bilgisayar kullanmaya başlama çağının mümkün olduğunca erkene alınmasını önermiştir [22]. Bahar ve Kaya (2013: 78) ise çalışmalarında, bilgisayarı olmayan öğrencilerin olanlara göre, bilgi teknolojilerine (BT) erişim olanakları düşük olan öğrencilerin erişim olanakları çok daha iyi olanlara göre, bilgisayar teknolojileri konusunda daha yüksek düzeyde kaygı taşıdıklarını ve BT ile ilgi sorunları çözmede kendilerini daha zayıf hissettiklerini vurgulamışlardır [27]. Türkiye ve Azerbaycan, kültür, gelenekler, siyaset, ticaret, uluslararası ilişkiler ve diğer birçok açıdan birbirine yakındır. Türkiye nin ekonomi, eğitim, teknoloji, sağlık vb. birçok alanda Azerbaycan'da büyük etkiye sahip olduğu düşünülerek farklı alanlarda da bu iki ülkeyi kapsayan karşılaştırmalı çalışmaların yapılması gerektiği önerilmektedir. Bu nedenle, eğitim alanında özellikle genç neslin bilgisayar teknolojilerine karşı tutum ve davranışlarını etkileyebilecek faktörlerinin incelenmesi ve iki ülkede yapılacak çalışmaların bulgularının karşılaştırılması eğitim sistemlerinin gelecek yıllardaki verimliliğinin iyileştirmesine yardımcı olacağı düşünülebilir. KAYNAKLAR [1] Öztürk, E., Öğretmen adaylarının bilgisayar kaygısı ve bilgisayar özyeterliklerinin çeşitli değişkenler açısından incelenmesi. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (44); , [2] Ceyhan, E., Bilgisayar kaygı düzeyleri farklı öğretmen adaylarının stresle başa çıkma davranışları. Eğitim ve Bilim Dergisi 29(132); 15-24,

38 Computer Anxiety among University Students: A Comparative Study on Turkey and Azerbaijan Universities Bingöl, A., Pələngov Ə., Halisdemir, N. [3] Herdman, P.C., High tech anxiety, Management Focus 30 (3); 29-31, [4] Marcoulides, G.A., Measuring computer anxiety: The Computer Anxiety Scale. Educational and Psychological Measurement 49; , [5] Deane, F., Henderson, R., Barrelle, K., & et al,. Construct validity of computer anxiety measured by the Computer Attitudes Scale. Advances in Human factors/ergonomics. Symbiosis of Human and Artifact. Elsevier Science Vol 20A, Amsterdam, pp , [6] Stone, D.N., Arunachalam, V., Chandler, J.S., Cross-cultural comparisons: An empirical investigation of knowledge, skill, self-efficacy and computer anxiety in accounting education. Issues in Accounting Education 11(2); , [7] Saadé, R., Kira, D., Computer anxiety in e-learning: the effect of computer self-efficacy. Journal of Information Technology Education (8); , [8] Albayrak, E., The effects of design factors on students' success and test anxiety in electronic tests. International Online Journal of Educational Sciences 6(2); , [9] Ayersman, D., Reed, W. M., Effects of learning styles, programming and gender on computer anxiety. Journal of Research on Computing in Education 28(2); , [10] Maurer, M. M., Simonson, M.R., The reduction of computer anxiety: Its relation to relaxation training, previous computer. Journal of Research on Computing in Education 26(2); , [11] Hakkinen, P. Changes in computer anxiety in a required computer course. Journal of Research on Computing in Education 27(2); , [12] Martocchio, J.J., Microcomputer usage as an opportunity: The influence of context in employee training. Personnel Psychology 45(3); , [13] Russell, G., Bradley, G., Computer anxiety and student teachers: Antecedent and intervention. Asia-Pacific Journal of Teacher Education 24(3); , [14] TÜBİTAK web sitesi, (2004), (online), Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları Strateji Belgesi v.19. s.9 [erişim tarihi: ] [15] Bingöl, A., Üniversite öğrencilerinde bilgisayar kaygısı (Gence Devlet Üniversitesi örneği). Gəncə Dövlət Universiteti Elmi Əsərlər Jurnalı (2); , [16] Öztürk, E., Öğretmen adaylarının bilgisayar kaygısı ve bilgisayar özyeterliklerinin çeşitli değişkenler açısından incelenmesi, Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi (44); , [17] Balaman, F., Meslek yüksekokulu teknik ve sosyal program 1.sınıf öğrencilerinin bilgisayar kaygı düzeyleri ile bilgisayar ve internete yönelik tutumları, Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi 6(2/1); , [18] Göldağ, B., Kanat, S.,. Grafik bölümü öğrencilerinin bilgisayar kaygısı ve bilgisayar öz yeterliklerinin çeşitli değişkenler açısından incelenmesi, İnönü Üniversitesi Sanat ve Tasarım Dergisi; [19] Namlu, A.G., Bilgisayar kaygısı: üniversite öğrencileri üzerinde bir çalışma, T.C. Anadolu Üniversitesi yayınları 84(6), Eskişehir, [20] Cabı, E., Ergün, E., Öğretim Teknolojileri ve Materyal Tasarımı Dersinin öğretmen adaylarının eğitimde teknoloji kullanımına yönelik kaygılarına etkisi, Başkent University Journal of Education (1); 37-43, [21] Bahar, E., Kaya, F., Meslek Yüksekokulu sosyal programlar öğrencilerinin bilgi teknolojileri kullanımlarına yönelik tutumları, Yükseköğretim ve Bilim Dergisi. 3(1); 70-79, [22] Namlu, A.G., Ceyhan, E., Bilgisayar kaygısı: Öğretmen adayları üzerinde çok yönlü bir inceleme, Kuram ve Uygulamada Eğitim Bilimleri 3 (2); , [23] Marcoulides, G. A., Stocker, Yvonne O. & Marcoulides, L. D., Examining the psychological impact of computer technology: An updated cross-cultural study, Educational and Psychological Measurement (64); , [24] Çavuş, H., Günbatar, M. S., Bilgisayar kaygı ölçeğinin Türkçeye uyarlama çalışması. Gazi Üniversitesi, Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi, 28(3); , [25] Bingöl, A., Halisdemir, N., Pelengov, Ə., Kompüter Qayğı Ölçüsünün Azərbaycan dilinə uyğunlaşdırılması çalışması, Azərbaycan Dövlət Pedaqoji Universiteti Təhsildə İKT Elmi-metodik Jurnal (1); 73-79, [26] Çevik, V., & Baloğlu, M. (2007). Okul yöneticilerinin bilgisayar kaygısı düzeylerinin çeşitli değişkenler açısından incelenmesi, Kuram ve Uygulamada Eğitim Yönetimi (52); , Güz [27] Bahar E. & Kaya F. (2013). Meslek yüksekokulu sosyal programlar öğrencilerinin bilgi teknolojileri kullanımlarına yönelik tutumları, Yükseköğretim ve Bilim Dergisi 3(1); 70-79,

39 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey EK-1 BİLGİSAYAR KAYGI ÖLÇEĞİ Bu ölçek, öğrencilerin bilgisayar karşısında yaşadıkları güçlükleri belirlemek için hazırlanmıştır ve 20 maddeden oluşmaktadır. Ölçeği yanıtlarken her bir ifadeyi dikkatle okuyarak, yaşadığınız sıklık derecesine göre "Hiç", "Az", "Kısmen", Çoğunlukla veya "Çok fazla" seçeneklerinden birini seçerek, o sütundaki paranteze (X) işaretini koyunuz. Tüm ifadeleri okuyup, eksik işaretleme yapmamaya özen gösteriniz ve her bir madde için bir seçenek işaretleyiniz. Teşekkürler (1) Hiç (2) Az (3) Kısmen (4) Çoğunlukla (5) Çok fazla 1 Bilgisayar programlama dilleri ile ilgili ders almayı düşünmek (C++, C#, Pascal, Ruby, Pyhton vb.) beni kaygılandırır. 2 Biraz bilgisayar bilmeyi gerektiren bir ise müracaat etmek beni kaygılandırır. 3 Evde bilgisayar önünde oturmak (ev bilgisayarını kullanmak) beni kaygılandırır. 4 Bilgisayarla iç içe olan insanlarla birlikte olmak beni kaygılandırır. 5 Akıllı (kabiliyetli) bilgisayarlarla ilgili bir film izlemek beni kaygılandırır. 6 Bilgisayar (yazıcı) çıktılarına bakmak beni kaygılandırır. 7 Bilgisayardan "hata" mesajı almak beni kaygılandırır. 8 Bilgisayarın toplumda artan rolü ile ilgili haber programları izlemek veya dinlemek beni kaygılandırır. 9 Bilgisayar basında çalışanları izlemek beni kaygılandırır. 10 Bilgisayar çöktüğünde bilgiye ulaşamamak beni kaygılandırır. 11 Bir bilgisayar programcısıyla konuşmak beni kaygılandırır. 12 Bilgisayar programlarını yazmayı öğrenmek beni kaygılandırır. 13 Bilgisayar kullanmak beni kaygılandırır. 14 Bir bilgisayar mağazasını ziyaret etmek beni kaygılandırır. 15 Bilgisayarların kullanımı ile ilgili toplantılara (çalışmalara) katılmak beni kaygılandırır Bilgisayardan bilgi silmek (bilgisayardaki bilgiyi kaybetmek) beni kaygılandırır. Bilgisayar için hazır (yazılım) programlar hakkında düşünmek beni kaygılandırır. 18 Bilgisayar kullanımı ile ilgili ders almak beni kaygılandırır. 19 Bilgisayar terminolojisini öğrenmek beni kaygılandırır. 20 Hızlı çıktı veren yazıcılara bakmak beni kaygılandırır. 2550

40 Military Defense 4.0, Electromagnetic High Energy Weapons - Intelligent Laser Weapons H. Ozden,* Department of Mechanical Engineering, Ege University, İzmir, Turkey Abstract In 21st Century, Military DEFENSE 4.0 begins with electromagnetic high energy weapons (DEW English, Directed Energy Weapons). In the operation of high energy weapons, energy is concentrated in different ways and made portable to the destination. Unmanned aerial, land, sea vehicles, military drones and robot troops are being developed to using in military operations with intelligent laser weapons with electromagnetic waves. The defense policies of developed countries is being changed so as to be compatible with laser weapons and unmanned military equipment. The defense expenditures of countries are thought to be significantly reduced with the Military Defense 4.0, devolution is also expected that it will contribute to world peace and security by giving least harm to the environment without harming people. In this study, the information was given about the Military Defense 4.0 Moreover, the information on structure and operation characteristics of the smart laser weapons has been given. The purpose of the study is to draw attention and contribute to the researches carried out on this subject. Keywords: Military defense 4.0, Electromagnetic High Energy, intelligent high energy Weapons, 1. GİRİŞ 1.1. Ülkelerin Savunma Politikaları, Silahlanma Arayışları Ateşli, patlayıcı kimyasal silahlar günümüzde ülkelerin askeri silahlı savunma, güvenlik taleplerini karşılamakta yetersiz kalmaktadırlar. Aşırı hızlı ve yüksek manevra kabiliyetli askeri jetlerin, çok küçük boyutlardaki insansız, sessiz saldırı hava araçların, kıtalar arası füzelerin havada, yerinde güvenli olarak tesirsiz hale getirilmeleri günümüzün mevcut klasik silahları ile mümkün olmamaktadır. Yüksek süratli savaş gemilerin, Askeri uçak gemilerin, ve denizaltı gemilerin, karadaki zırhlı tankların, yüksek menzilli topların, güdümlü roket atarların saldırılarının; ateşli, patlayıcı kimyasal silahlarla tesirsiz hale getirilmelerinde çok büyük sorunlar yaşanılmaktadır. Teröristlerin beklenilmedik silahlı ani saldırılarının, suikastlarının üstesinden mevcut silahlarla çoğu kez gelinememektedir. Teknolojisi gelişmiş zengin ülkelerde bu gibi saldırıları kısmen de olsa önleyebilecek çok pahalı ve karmaşık silah sistemleri mevcuttur. Güdümlü roketler, roket savarlar, sahra topları gibi konvansiyonel silah sistemleri karmaşık bir yapıya sahiptirler. Bu silahların kurulmaları, kullanımları da bir hayli uzmanlık ustalık, deneyim istemektedir. Milyon dolara varan ve kullanımı özel eğitimli timle sağlanan patriot füzeleri örnek olarak Şekil 1 gösterilmektedir Kıtalar arası orta, yüksek menzilli bir roket, balistik füze saldırısını, havada bertaraf etmek için ateşlenen roketsavarın maliyeti yüzbinlerce dolara, hatta milyon dolara yakındır. Yeni tip otomatik uçaksavarlarda dakikada 1000 roket ateşlenmektedir. Roketler, füzeler bir kez kullanıldıktan sonra ikinci kez tekrar kullanılmamaktadır, parçalanarak enkaz halinde operasyon bölgesinde yayılmaktadırlar. Askeri bir operasyonda dakikada binlerce mermi harcayan makineli otomatik silahlara mermi, mühimmat yani cephane yetiştirmek ayrı bir sorundur. Corresponding author. Tel.: address: (H.Özden). 2551

41 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Şekil 1. Uzun menzilli uçak, roket savar PATRİOT füzelerine örnek görüntüler Mevcut silahların insanlık yaşamı için diğer bir olumsuzluğu; silahlı operasyonlar sırasında savaş bölgelerinde büyük yıkımlara, yangınlara sebebiyet vermesidir. Etrafı, konutları, kültürel tarihi yapıları, doğa güzelliklerini harabeye dönüştürerek ve çevre kirliliğine neden olarak yaşanmaz hale getirmesidirsavaşlar, çatışmalar nedeniyle, suçsuz inanların özellikle çocukların, kadınların öldürülmesinde ve hayatta kalanların ise yaşamlarının karartılmasında mevcut silahların olumsuz özelliklerindendir. Şekil 2. de kimyasal patlayıcı silahların kullanıldığı iç savaşta yerleşim birimlerinin harabeye çevrilmesi, felakete sürüklenmesi görüntüleri yer almaktadır. Kimyasal ateşli silahlı savaşlar, iç çatışmalar sonrası ortaya çıkan felaketlerden sonra hayatta kalan insanların kendilerini toparlamaları çok uzun zaman almaktadır, hatta bazen imkânsızlaşmaktadır. Yüksek enerji silahlarının kullanımı ile bu denli felaketlerin önüne geçilecektir. Devletlerin bütçelerinde en büyük payın her sene artarak savunma giderlerine, silahlanmaya ayrılması insanlık yaşamını olumsuz etkilemektedir. 21. Yüzyılda, Dünyada yetersiz beslenmeden, açlıktan ölenler bulunurken, silahlanmaya bu denli kaynak ayrılması insanlık için utanç vericidir. Bir taraftan silahsızlanma, barış denilirken, diğer taraftan, deliler gibi silahlanmakta ve dünyanın muhtelif bölgelerinde savaşlarla felaketler devam ediyor, Şekil yılında silahlanma giderlerinde 6.5 Milyar dolarla Sudi Arabistan ilk sırayı alırken, Türkiye 9. Sıradadır. Silah ihraç eden ülkeler içinde 23.7 milyar dolarla ABD birincidir, onu 10 milyar dolar ile Rusya ikinci sırada izlemektedir yılında küresel savunma harcamalarının toplamı yaklaşık 100 milyar dolar kadardır. Birleşmiş Milletlerde, tüm Dünya Devletlerinin yıl süreyle silahlanmaya ayıracakları bütçe kaynaklarını insanlık yararına kullanılması için karar alınması zor olmamalıdır. Silahsızlanmağa ara verme kararıyla, şüphesiz insanlık kazanacaktır ve Dünya barışına katkısı olacaktır. Örneğin, Savunma giderlerinin yarısı kısıtlansa, 10 sene zarfında insanlığın n az 500 milyar dolar kadar bir birikimi, kazancı olacaktır. Bu kaynakla neler, neler yapılmaz ki; - dünya sorunlarının çözümünde, - gelişmekte olan ülkelerin borçlarının ödenmesinde, - eğitim, bilim, teknolojide, - uluslararası ortak sağlık projelerde değerlendirilirdi. 2552

42 Military Defense 4.0, Electromagnetic High Energy Weapons -Intelligent Laser Weapons H. Ozden Şekil Yüzyılda, iç savaş çatışmalarında kimyasal patlayıcı silahlar kullanılarak bir ülkenin kısa bir sürede telafisi mümkün olmayan İnsanlık için bin yüzkarası felaket görüntüleri,. (Fotoğraflar İnter. Derlenmiştir) Aslında Kimyasal ateşli patlayıcı silahlara dayalı sanayi, savaşların, özellikle petrol, doğalgaz gibi enerji ve hammadde zengini ülkelerde iç çatışmaların çıkmasına neden oluyor. Yakın gelecekte yüksek enerjili silahları ile ülkelerin savunma harcamaları büyük ölçüde azaltacağı ve silah tüccarlarının işini bozacağı da kesindir. Şekil 3. Dünyada 21. Yüzyılda, Bilgi Çağında hala trilyonlarca dolar ödenerek büyük gururla sergilenerek devam eden silahlanma yarışı ile ilgili farklı görüntüler (Fotoğraflar İnternetten Derlemiştir) 1.2. Literatür Değerlendirilmesi Silahlanma Devri 4.0 ve yüksek enerji silahları ile ilgili bilimsel yayın çalışmalarına literatürde pek rastlanılmamaktadır. Genelde devlet destekli savunma amaçlı silahlar ile çalışmalar gizli yürütülmektedir ve kamuoyu bu konudan bilgilendirilmekten kaçınılmaktadır. Laserlerin ortaya çıkışı ile askeri amaçlı laser silahların kullanımları gündeme gelmiştir. İnternetten de yüksek enerjili, elektromanyetik dalgalı silahları ile ilgili çok sayıdan magazin haberlerine ve ilgili fotoğraflarına ulaşılmaktadır. ABD de laser silahların geliştirilmesi amaçlı milyarca dolar bütçeli ARGE- projelerin geçmişte yürütüldüğüne dair haberlere rastlanılmaktadır yıllarında kimyasal reaksiyonlardan faydalanılarak elde edilen Giga Watt gücünde anlık lasarli silahlarla yapılan testlerde, hedeflere zarar verildiği görülmüştür. Eski tip Yüksek güçlü laser makinalarında randımanın ve laser ışının kalitesinin düşüklüğü ve makinalarının hantallığı nedeniyle laser silahlarından beklenenler sınırlı kalmıştır. Son yıllarda laser makinalarında gözlenen yüksek güç, verim ve kalite artışları ve taşınabilir olumlu özellikleri nedeniyle laser silahlarına olan beklentileri artırmıştır. Magazinleştirilmiş laser silahları ile ilgili yayınlarda, laser silahların çok abartılmış sorunları ve maliyetlerinin çok yüksek olduğu dile getirilmektedir. Bu gibi bilimsel değeri olmayan magazin yayınların bir amacı; güç ve rekabet gereği teknolojinin kendileri dışında gelişmesini ve yayılmasını önlemektir. Teknolojisi gelişmiş Amerika Birleşik Devletleri, Almanya, İngiltere, Fransa, Japonya gibi ülkelerde lasersilahları konulu devlet destekli ARGE- Projeleri yoğun bir şekilde günümüzde sürdürülmektedir. Bu çalışmaların sonucunda her gecen gün yeni tip lazerli silahları geliştirilip farklı şekillerde denenmektedir. Havadaki insansız araçlar, roketler, füzeler, denizdeki gemiler, karadaki hedefler, tanklar üzerinde laser silahlarının imha etkileri test edilmektedir. Havadaki bir hedefin, jetin anında düşürülmesinde sorunlar yaşanırken uçağın yönetimin etkisiz hale getirilmesi söz konusu olmaktadır. Mega Watt, Giga Watt gücünde atılımlı laser silahları ile yüksek manevralı askeri jetlerin anında düşürülmesi yakıt depolarının, motorlarının uçurulması teorik olarak mümkündür. Başarılı testler sonucunda gümümüzde, bilgisayar destekli, ışık hızında hedefe odaklanıp imha edebilen lazerli uçak ve füzesavarlar, tanksavarlar kullanıma hazır getirilmektedirler. [1-10] Türkiye de laser silahları ile ilgili devlet destekli çok disiplinli ve yüksek maliyetli bir projeden abartılı şekilde bahsedilmektedir. Aslında çıkış gücü P= 50 kw ile 100 kw lık fiber laser makinasını birkaç yüzbin dolara satın alarak ayna mercek sistemleri ile laser silahına uyarlanarak savaş gemilerine, uçaklara, tanklara, zırhlı araçlara montajı rahatlıkla yapılabilir. Türkiye laser silahlarından evvel yüksek güçlü laser makinalarının, ekipmanlarının özel ayna-merceklerin ve sistemlerinin, ve ışık-ışın fiber kabloların Türkiye de üretimine öncelik vermeliydi! 2553

43 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Laserteknolojisi konularında uzun yıllara dayalı yurt içi ve yurt dışında edilen bilgi, tecrübelerden ve erişilebilen yayınlardan faydalanarak, primitif bir iki deneyle, laserle nelerin yapabileceği öngörüleri ile makale derlenmiştir. Çalışmanın amacı, laser silahları hakkında bilgi vermek, laser silahları tartışmalarına katkı sağlamaktır. 1. SİLAHLANMA DEVİRLERİ Dünyada savunma amaçlı silahlanma devirlerin farklı kriterlere göre sınıflandırılmaları mümkündür. Savaşa katılım büyüklüğü, şehit sayısı, sınırları, savaşların süreleri, savaşlarda uygulanan taktikler, savaşlarda kullanılan silahların özellikleri, savaş nedenleri gibi kriterlere göre yapılabilir. Geçmişten günümüze kadar kullanılan ve gelecekte kullanılacak silahların özelliklerine göre silahlanma devirlerin bir gruplandırılması bu çalışmada tercih edilmiştir: Silahlanma Devri 1.0; Tarih kitaplarına göre, keskin taşlarla, keskin taş bağlantılı sopalı baltalarla, ağaçtan yapılmaya başlanmış primitif avlanma, savunma, saldırı silahları bu devirde damgasını vuran ilk bireysel daha sonraları grupsal, küçük toplulukların, kabilelerin savunma silahları idi, Bu devre ait bazı silahlar Şekil 4 gösterilmektedir. Taş devrinde ortaya çıkan ve eski çağda devam eden silahlanma devri olarak özetlenebilir... Silahlanma Devri 2.0; Demir, bronz gibi madenlerin, eritilerek dövülerek elde edilen madensel bıçak, hançer, mızrak, ok, balta, pala, kılıç kalkan, fırlatar gibi silahlar bu devrin başlıca toplulukların savunma silahlarıydı. At, deve gibi ıslah edilmiş hayvanların ve tekerlekli arabaların, kürekli, yelkenli kayıkların, salların kullanıldığı orta orta çağda başlayan ve yeni cağda devam eden silahlanma. Bu devre ait bazı karakteristik silahlar Şekil 4 de yer almaktadır. Şehir devletlerinin, derebeyliklerin, kabilelerin kendi aralarında gerçekleştirdikleri meydan savaşlarında kullanılan primitif savunma silahlanma. Düzenli eğitimli askerlerle orduların savaş meydan muharebelerinde taktikler geliştirmeğe başlanan bir devir olarak görülebilir. Silahlanma Devri 3.0; eski çağda barutun bulunması ile gelişen ateşli, patlayıcı silahlar. Tüfek icat edildi, mertlik bozuldu olarak ta tanımlanan silahlanma devri. Basit ve kuyruktan tek dolumu, yakın menzili tüfek, tabanca ve topla başlayan silahlanma. Otomatik tüfeklerle, sahra, tanksavar, uçaksavar gibi toplarla, kara, deniz, hava araç gereç silahları ile gelişmeye devam eden ve kıtalar arası balistik atom başlıklı füzelerle, roketlerle ve diğer kimyasal silahlarla gelişen, düzenli orduların, ittifakların kurulduğu ve kullandığı savunma silahlarıdır. Yeni cağda başlayan 20. yüzyılda damgasını vuran ve nükleer silahlarla günümüze kadar halen devam eden silahlanma. Silahlanma Devri 3.0, kendi içinde alt devirlere Silahlanma Devri 3.1, Silahlanma Devri 3.2, gibi ayırılarak daha ayrıntılı incelenmesi mümkündür. Silahlanma Devri 3.0 ait karakteristik silah görüntüleri Şekil 1, Şekil 3 ve Şekil 4 görülmektedir Şekil 4. Silahlanma devirlerine ait karakteristik bazı silah görüntüleri, (İntern. Fotograflar seçilerek derlenmiştir) 2554

44 Military Defense 4.0, Electromagnetic High Energy Weapons -Intelligent Laser Weapons H. Ozden Silahlanma Devri 4.0,. 21. Yüzyıla ait bilgi çağında silahlanma devridir. Günümüzde popülarite kazanmağa başlayan Endüstri 4.0 yani 4 cü Sanayi devriminden esinlenerek bu çalışmada tanımlanmıştır Karakteristik silahları, yoğunlaştırılmış yüksek enerji silahları olup, laser silahları, insansız hava, deniz, kara araçları, asker robotlar bu devrin karakteristik silahlarıdır. Laser gibi elektromanyetik dalgalı silahların, Atomdan küçük yoğunlaştırılmış maddesel zerrecikler silahların, mikro dalga silahların, ultrason silahların, uzaktan monitoring taktikli yüksek enerjili silahların öne çıktığı bir devirdir. Cyber silahları da (virüs programların yayılması, bulaştırılması) 4. Silahlanma devrine ait silahlar grubuna dâhildir. Silahlanma devri 4.0 ait silahlara örnekler Şekil 5 te gösterilmektedir. Fotoğraflar internetten indirilerek derlenmişlerdir. Laser teknolojisinin gelişmesi ile hız kazanan Akıllı Laser Silahları geleceğin silahları olarak öngörülmektedir. 4 cü Silahlanma Devrinde, yeni savunma stratejileri kaçınılmazdır. Yeryüzünde karşıt askeri partlar yerine askeriyede küreselleşme partları dünya barışını sağlama, gözetme işbirliği amacıyla öne çıkacaktır. 4. Silahlanma Devrinde bir dünya savaşının çıkma olasılığı çok düşüktür. Savaşların, etnik gruplar arasında bölgesel çatışmalarla sınırlı kalma olasılığı mevcuttur. Dünya nüfusu artıkça, işsizlik artıkça, siyasilerin dini ve etnik manipülasyonları sürdükçe ve mevcut fosil bazlı enerji kaynakları ve tatlı su kaynakları tükendikçe ve çevre sorunları büyüdükçe ve terör olayları ile ortaya çıkacak kaos insanlığı tehdit eder duruma gelme olasılığı her zaman mevcuttur. 4. Silahlanma Devri Dünya barışın kalıcı sağlanması için (özellikle gelişmekte olan ülkelerde) dil, din, ırk ayrımı yapılmadan dünya ülkeleri arasında fırsat eşitliğine dayalı bir entegrasyon kaçınılmazdır. Ülke içinde ve ülkeler bazında olası bölgesel terör çatışmalarının, kaosların önlenmesi için asimilasyon, antigetolaşma uygulamaları zaruridir. Bunun dışında, insanlığın sağlıklı bir geleceği için mutlaka, Dünyadaki insan popülasyonunun kontrol edilmesi gerekmektedir ve dinlerin siyasete, ticarete, yönetime bulaşmasının önü birleşmiş milletler nezdine kesilmelidir. Silahlanma Devri 4.0 de Nato gibi askeri ve Avrupa Birliği gibi siyasi ve ekonomik partlar yerlerini Birleşmiş Milletlere bırakacaktır. Birleşmiş Milletlerin kararları, Yani bir nevi Dünya Federe Devleti ön plana çıkacaktır. Kısaca, 4. Silahlanma devrinde yüksek enerjili silahların insanlığı, dünya barışını tehdit den savaşlara ve terör saldırılarına karşın etkin kullanımı bulunmaktadır. Şekil 5. Silahlanma Devri 4.0 ait silah görüntüleri, (Fotoğraflar internetten seçilerek derlenmiştir.) 2555

45 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2. YÜKSEK ENERJİLİ SAVUNMA SİLAHLARI Yüksek enerji silahları, Almanca HEW (Hoch Energie Waffen) ve İngilizce DEW (Directed Energy Weapons) kelime karşılıkları bulunmaktadır. Yüksek enerji silahları; enerjinin farklı yöntemlerle hedefe taşınabilir hale getirilmesi esasına dayanmaktadır: Elektromanyetik dalga, (laser, Maser). Serbest elektronlu laser. Atomdan küçük yoğunlaştırılmış maddesel zerrecikler. Ultrason (ses dalgaları). Elektromanyetik dalga esasına dayan yüksek enerji silahları üzerinde ARGE çalışmaları yoğunlaşmaktadır, geleceğin savunma silahları olarak değerlendirilmektedir. Radyo dalgaları mikrodalga ısı, ışık, ışın, röntgen ışınları, gama ışınları birer elektromanyetik dalgadırlar. Laser de dalga boyuna ve laser tipine göre gözle görülen bir ışık gözle görülmeyen bir ışın dır.. Günlük hayatta elektromanyetik dalga enerjilerin mikro dalga fırınlarında, CD Yazıcılarında, laser pointerlerde, laser kesme makinalarında olduğu gibi farklı şekillerde kullanıldığı bilinmektedir. Röntgen ışınların ultrasonun da tıpta, endüstride farklı kullanım alanları bulunmaktır. Elektromanyetik dalgaların gücü, yoğunluğu ve etki alanları, mesafeleri artıkça, onların imha edici silah özellikleri ortaya çıkmaktadır. Yüksek enerjili mikrodalga enerji silahları, ultrason silahları daha çok ülkelerin endüstriyel ve askeri savunma altyapılarını, telefon, radyo, televizyon gibi haberleşme ve iletişim sistemlerini, elektrik üreten enerji sistemlerini, bilgisayar programlarını bozarak devre dışı bırakma amaçlı kullanılmaktadır. Uzun yıllardan beri elektromanyetik mikrodalga enerji silahları bulunmaktadır ve zaman, zaman çatışma bölgelerinde kullanıldığı gibi, kritik askeri bölgelerin olası terörist saldırılarına karşın da savunma amaçlı yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikro dalga silahlarının, ülke ekonomisine büyük zararlar vererek, devletlere baskı uygulamak için terör amaçlı kullanılma riski bulunmaktadır. Gelişme safhasında bulunan silahlar grubuna dâhil edilen Yüksek Güçlü Mikrodalga Silahların başlıca özellikleri; Yapımı da basit ve maliyetleri de çok ucuzdurlar. Elle taşınabilir kompakt bir yapıya sahiptirler. (22 kg ağırlığında bir mikrodalga jeneratörü saniyenin milyarda biri kadar bir anlık zamanda Giga Watt (GW) gücünde enerji atılımı yayabilmektir) Yüksek bir randımana sahiptirler, Hava şartlarından etkilenmezler, Havasız ortamda, uzayda yayılma özelliklerine sahiptirler. İnsanlara, diğer canlıları öldürmezler Binaları yıkmazlar, Çevreye zarar vermezler, 21. yüzyılın silahları içerisinde yer alan cyber silahları da virüs programları yayarak askeri amaçlı kullanılan bilgisayarların, programların devre dışı bırakılması sağlanarak bilgisayar destekli askeri uçakların, gemilerin, tankların fonksiyonları etkisiz hale getirilebilir. İnternet ağlarına gizli sızarak programların farklı amaçlı kullanımları mümkün olmaktadır. Virus programların binlerce kilometre uzaklıktaki bilgisayarların, programlı mekanizmaları, cihazların ve benzerlerinin laser güdümlü olarak yayılması söz konusudur. ( Laser ışınları ile iletimi ve bulaştırılması) 3. AKILLI LASER SİLAHLARI Enerjinin, elektromanyetik dalga haline çevrilerek yoğunlaştırılmış bir demet haline çevrilmesi ve hedefe odaklanması prensibine dayalı bir silahtır. Laser makinasında, cihazında oluşturulan yüksek enerjili laser demetinin bilgisayar destekli hedefe yönlendirilmesi ve hedefi geçici, kalıcı etkisiz hale, devre dışı bırakma esasına dayanmaktadır. Laser silahının prensip şaması Şekil 6. gösterilmektedir. Laser silahı için önemli olan odak noktasında yoğunlaştırılmış çok güçlü laserin, ayna mercek sitemi ile sonsuza, paralel bir demet şeklinde bilgisayar destekli otomatik olarak alınan sinyal verilerine göre kendiliğinden hedefe yönlendirilmesidir. Teorik olarak bununda bir çok yöntemleri teknikleri bulunmaktadır, ayna mercek sistemleri ve veya fiber optik kablolar kullanılarak sağlanmaktadır. Bu şemaya göre örneğin 50 kw -100kW lık fiberlaser makinası alınarak laserin odak noktasındaki yüksek enerji mercek, ayna sistemi ile bir ışın demeti halinde hedefe yansıtılır. Burada en büyük sorun, odak, temas noktasındaki yüksek enerjinin ayna, mercek teması anında malzemelerin eriyip buharlaşma riskinin bulunmasıdır. Ayna mercek yüzeylerinde oluşan toz, nem gibi katmanlar yada pürüzlük bu riski artırmaktadır. Bu sorunun üstesinden gelmek içinde farklı teknikler söz konusudur. Bunlardan biri, ayna mercek yüzeylerinin korunmasıdır. Diğer bir önlem ise laserin atılımlı olarak hedefe gönderilmesidir. 2556

46 Military Defense 4.0, Electromagnetic High Energy Weapons -Intelligent Laser Weapons H. Ozden Mevcut laser cihazlarından da faydalanılarak kolaylıkla ve çok ucuza farklı amaçlar için laser silahları yapılabilir. Birkaç Wattlık bir laser cihazından çıkan laserin birkaç mikron çapında laser demetine uygun bir optik sistemle birkaç kilometre uzaklıktaki bir canlıya zarar verecek, bir insanı öldürebilecek sessiz, görüntüsüz bir laser suikast silahı yada taşınabilir hafif laser piyade tüfeği yapmak mümkündür. 100 mw ile 500 mw lık bir diyot laserlerin birbirlerine bağlanarak oluşturulan güçlü laser demeti ile kilometrelerce uzaklıktaki hedefleri etkisii hale getirmek mümkündür.. Laser cihazının gücü artıkça, uzaklık ve tesir etkisi artmaktadır. Odak noktasının yani sonsuza yönlendirilen laser demetinin çapı milimetrenin onda biri yada yüzde biri kadar küçülttülerse enerji yoğunluğu (W/cm 2 ) yüzlerce kat artarak imha tesiri birkaç saniyede bir insani öldürecek, bir yakıt deposunu havaya uçuracak boyuta ulaşabilir. Hatta birkaç saniye içerisinde büyük bir alanı tarayabilecek güce ulaşabilir. Yine bir mercek, ayna sistemiyle laser cihazından milimetrenin binde biri kadar olan çoklu laser demetleri yayarak laser silahının etkili alanını genişletilmesi sağlanır. Bunların dışında 50 kw ile 100 kw arasında güçleri değişen bir den fazla fiber laser makinaların laser ışınları birleştirilerek çok güçlü laser silahları rahatlıkla yapılabilir. Bu gibi yüksek güçlü laser silahları askeri gemilere, askeri uçaklar, askeri kara zırhlı taşıtlara, tanklara monte edilerek kullanılabilir. Birkaç Wattlık bir laser cihazının yada bir kac kilovatlık güçlü bir laser makinasının laser silahına çevrilmesinde zor olan uygun ayna ve mercek sistemin tasarımıdır. Laser silahlarının etkisini daha farklı yöntemlerle Hyprid Laser Silahları olarak ta artırma imkânları bulunmaktadır. Şekil 6. Laser silah sisteminin prensip şeması Laser, enerjinin elektromanyetik bir dalga şeklinde doğrusal bir hedefe iletildiğine göre, atomsal, molekülsel parçacıkları, partikelleri de aynı yönde taşıma, iletme özelliği de mevcut olmalıdır. 200mW gücünde laser cihazları kullanılarak küçük çıkış delikli bir kutu içeresinden toz zerreciklerin ve dumanının, parfümün nemin, hafif radyoaktif maddenin belli mesafelere kadar taşınma olasılığı, basit primitif deneyler ile laserin taşıma özelliğini ispatlanmağa çalışılmıştır. Bu deney koşulları altında kanıtlayıcı belirgin sonuçlar elde edilmemesine rağmen karanlık kutu içerisinde laser demetinde belli bir uzunluğa kadar gözlenen hareketlilik, farklı oluşumlar düşünülen hybrit silahların yapımı hakkında olumlu fikirlerin oluşmasına neden olmuştur! Hybrid laser silahları konulu bir yayın çalışmasında daha ayrıntılı bilgiler tartışmağa sunulacaktır. Akıllı laser silahlarının üstünlüklerin önem sırası dikkate alınmadan sıralanması; [1-10] Pahalı cephaneliklere ihtiyaç duyulmaması, mermi, füze, raket yerine sadece laser ışının ve elektrik ceyranın, bataryaların, hatta gündüz güneş enerjisinin bazı kullanımlar için yeterli olmaktadır, Lasersilahlarının kullanılması ile geriye artık enkaz gibi izlerin kalmaması, tekrar, tekrar kullanılmaktadır. Sessiz, atışı duyulmaz, görülmez de, Enerji iletimi photonlarla (Işık, Işın ) gerçekleşmektedir. Işık hızında ( km/saniye) hedefi vurmaktadır, zikzaklarla kaçış imkânsızdır. Yoğunlaştırılmış demet halinde laserin kilometrelerce uzaklıktaki hedefe iletilmesinde enerjisinin kaybı, dağılma olmamaktadır. 2557

47 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Basit ve hızlı kullanım., Uzayda uydular aracılığı ile ayna sistemleri ile hızlı bir şekilde dünya üstündeki hedefleri arama ve bulma ve imha etme,. Çevreyi yıkıp, yakıp harabeye çevirmeden hedefleri kalıcı yada geçici etkisiz hale getirmektedir.. Ateşli silahlara nazaran maliyetlerinin çok, çok düşük olmasıdır. (P=20 kw 100 kw çıkış gücündeki bir laser silahından çıkan, hedefe yönlendirilen laser atılımın maliyeti yaklaşık olarak birkaç Türk Lirasıdır. Aynı amaçla kullanılan bir füzenin, roketin maliyeti 1 milyona Dolardır), Bilgisayar destekli sabit ve hareketli hedefleri ister havada uçak olsun, ister denizde gemi bulunsun isterse de karada zırhlı araç tank olsun çok uzaklardan ve görülmeden imha etme potansiyeline sahiptir. Atom başlıklı kıtalar arası füzeler dahi laser silahları ile havada ilk tespit edildiği anda rahatlıkla etkisiz hale getirilme imkanına sahip. Başlıca özellikleri Çok amaçlı kullanımlı, ışık hızında ve hedefleri şaşmaz, mermisiz, güllesiz, barutsuz, yıkımsız kısaca cephanesiz ve teçhizatlı askerlere gerek kalmadan, muharebe meydanlarına gidilmeden, sığınıklar içerisinde, laboratuvarlarda, 4D görünümlü bilgisayar ekranında yürütülen ve izlenebilen, otomatik olarak uygulanan savunma silahlanma devridir. Laser silahlarının bulutlu, yağmurlu, sisli, nemli, tozlu, rüzgârlı, hava koşullarından olumsuz etkilenmesi ve Laserin hedeften kontrolsüz yansıyarak Dünya Atmosferinde yayılması sonucu büyük hasarlara neden olması akıllı laser silahların olumsuz özellikleridir. Laser silahlarının terör amaçlı kullanımları riski konusunda güvenlik zafiyetleri insanlığı tehdit eder boyutlardadır. Örneğin; birkaç Wattlık çıkış gücündeki bir laser cihazı ile yüzlere metre uzaklıkta bulunan insanlara kalıcı zararlar verilebilir, kör edilebilir. Havadaki yolcu uçakların düşmesine neden olabilir! Birkaç kilo Wattlık çıkış gücündeki laser makinaları ve basit birkaç yansıtıcı ayna sistemi ile onlarca kilometre uzaklıkta bulunan yakıt depoları, tanklar, tankerler, uçaklar yansıtılan laser ışınlarından zarar görebilirler. Benzeri şekilde kilometrelerce mesafeden etkili olan basit bir laser suikast silahı ile insanların kafatasları, beyinleri çizilerek kolaylıkla sulandırılabilir yada delik deşik edilebilir. Şaka, saçma gibi gelen bu gerçekler karşısında ilgililer şimdiden uluslararası düzeyde yüksek enerji silahlarının özellikle, lazerlerin, laser cihazlarının yayılması ve kullanımı ile ilgili gerekli önlemleri almalıdırlar. Günümüzde mw (mili Watt lık) gücündeki laser silahların, laser cihazların taşınması dahi bazı ülkelerde yasaklanmıştır, hapis ve para cezaları uygulanmaktadır. 4. SONUÇLAR, ÖNERİLER Barut, tüfek bulundu, mertlik bozuldu diye tanımlanan kimyasal, ateşli patlayıcı silahların hakim olduğu 3. Silahlanma Devri yerine; Akıllı Laser Silahları çıktı, silah tüccarların keyfi kaçtı diye tanımlanacak olan 4. Silahlanma Devri başlıyor. Devletlerin savunma politikaların, akıllı laser silahlarına uyumlu olacak şekilde değişmesi kaçınılmazdır. Yüksek enerji silahları, özellikle akıllı laser silahları ile ülkelerin savunma giderlerinin önemli ölçüde azalacağı ve dünya barışına, huzur ve güvenliğine katkı sağlaması beklenilmektedir. Yüksek Enerji Silahlarından Elektromanyetik dalgalı silahlarından, laser silahların prensip yapıları detaylara girilmeden açıklanmağa çalışılmıştır. Laserteknolojisinin savunma sanayinde kullanımları ile ilgili olarak akıllı laser silahlarının başlıca olumlu ve olumsuz özellikleri başlıklar altında sıralanmıştır. Türkiye gibi gelişmekte olan ülkelerin laser silahlarına olan ihtiyaçları ekonomisi gelişmiş ülkelerden çok, çok daha fazladır. Türkiye,. 4. Silahlanma devri ile ilgili gelişmeleri takip etmelidir ve ciddi projelerle laser silahlarını asker robotları kendisi geliştirip üretmelidir. Türkiye nin bu gibi projelerin üstesinden gelecek yetişmiş bilgili genç insanları ve teknolojik altyapısı fazlasıyla mevcuttur. Tek ihtiyacı bu gibi devlet destekli ARGE projelerinin daha ciddi ve disiplinler arası işbirliği çerçevesinde koordineli bir şekilde hazırlanıp yürütülmesidir. Proje tecrübeleri ve bilgi ve altyapıları ile orada burada her fırsatta övünerek, proje destek kaynaklarının kendilerinin kullanılmasını talep eden belli şahısların, belli kurumların, (Firmaların, ARGE merkezlerin ve belli üniversitelerin) dedikleri kadar çok iyi ve donanımlı iseler Avrupa Birliği, NATO askeri gibi serbest piyasadaki projelerde kendilerini ispat etsinler. Yurt içinde olduğu kadar, Dünya Pazarında satılabilir, para kazandırabilir projelerini üretsinler ve takdim etsinler. Savunma Sanayinde olduğu gibi Türkiye nin teknoloji bağımlılığına karşın projelerini geliştirsinler! Türkiye teknolojiyi takip etmekle yetinmeyip, teknolojiyi önceden geliştiren ve üretir konumuna gelmelidir. Bunla ilgili olarak, devlet destekli ArGe projelerinde hoşa gitmeyen alışkanlıkların, suiistimallerin kamuoyunda tartışılmasında yarar vardır. 2558

48 Military Defense 4.0, Electromagnetic High Energy Weapons -Intelligent Laser Weapons H. Ozden KAYNAKLAR [1] Özden H., Laser Teknolojisindeki gelişmeler, endüstride kullanım alanları Çukurova Üniversitesi sempozyum, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, 2008 [2] Rötzer., Rheinmetall wii 50 km Laserwaffe erfolgreich getestet haben [3] Özden H, Savunma Sanayinde Yüksek Enerji Silahları, Yönlendirilmiş Elektromanyetik Dalga Sistem Silahları Yayınlanmamış çalışma, EÜ, Mak. Müh. Böl., 2015,. [4] Özden H., Savunma Sanayinde Laserteknolojisi Uygulamaları 1. Savunma Sanayi Sempozyumu, Kırıkkale Üniversitesi, 9,10 Nisan 2015 [6] N.N., Entwicklungsforschritte bei Hochenergielaser Drehtainer in den Medien, Wehrtehnik [7] Stupl G., Neuneck,G., Laser als Waffensysteme İFSH]İFAR Hamburg [8] N.N., BoeingSuper Laser kann unbegrenzt oft schiessen Die Welt, İnternet erişimi, unbegrenzt-oft-schiessen.html [9] C. Karakuş, Elekronik Harp İntern.erişim tarihi [10] W. Reeb, Sehen ohne gesehen zu werden, Lasersensoren in der Militaertechnik Zeittschrift Lasertechnik, 2,

49 Optimum Control of a Ball and Beam System using Genetic Algorithm and Simulated Annealing H. O. Erkol 1,* 1 Department of Mechatronics Engineering, Faculty of Technology, University of Karabuk, Karabuk, Turkey Abstract In this study, a PID controller is designed for position control of a ball and beam system using the Genetic Algorithm and Simulated Annealing. The ball and beam system is highly nonlinear in its dynamics. It is difficult to achieve the optimum parameters for a PID controller. There are many methods for tuning the PID controller parameters in literature. None of them guarantees the optimum parameters can be achieved. However it can be found approximately optimal solutions. In this study, the Genetic Algorithms and Simulated Annealing are used to tune the PID controller parameters and compared. The study shows that the Genetic Algorithm has better performance than the Simulated Annealing on this problem. Keywords: Ball and Beam System, Genetic Algorithm (GA), Simulated Annealing (SA), PID control. 1. INTRODUCTION Ball and beam system is well known problem in control engineering. It is a simple system to understand and many new control methods can be studied on this system. An important property of the system is it is unstable when open loop. There are many important control problems about unstable systems like a vertical position control of an airplane or space shuttle and they must be modeled and simulated for a applicable design [1]. Many classical and modern control methods have been used to control a ball and beam system. Keshmiri et al. designed a Linear Quadratic Regulator to control a ball and beam system and the optimization of the controller was made by the Genetic Algorithm [2]. Farooq et al. designed a Fuzzy Type-2 PD controller for improved robustness and position disturbances [3]. In another study, Coefficient Diagram Method was used to design a controller [4]. Many of the control methods have some parameters that affect the controller characteristic and must be tuned for high performances. Because of this reason, the best parameters must be found for a controller and this process is called optimization. There are numerous types of optimization algorithms in literature. Nowadays, artificial intelligence based algorithms are popular due to their problem independent structure. Particle swarm optimization (PSO), differential evolution (DE), paddy field algorithm (PFA), genetic algorithm (GA) and simulated annealing (SA) are some of the popular ones [5]. Each optimization algorithm has a different characteristic and different performance depending on the problem. So a comparison will be helpful to understand their characteristics. In this study, a ball-and beam system is modeled and a PID based controller is designed. The controller was optimized by the GA and SA * Corresponding author. Tel.: /1049 address: (H. O. ERKOL). 2560

50 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey for comparison. The study shows that the GA has better performance than the SA for optimization of a PID controller. 2. MATERIALS AND METHODS 2.1. Mathematical model and controller design The system is shown on the Fig. 1. It is composed of a ball, a motor and a beam connected to the rotor of the motor. The motor angle can be controlled by many different methods to balance the beam and the ball position can be controlled by changing the beam angle. Fig. 1. Ball and beam system The state-space equations of the ball and beam system are given in equation 1 and equation 2. u is the torque input that must be produced by the motor. g is the gravitational acceleration, m is the mass of the ball, I is the inertia of the beam, θ is the beam angle and r is the position of the ball. All values used in the simulation are given in Table I. Detailed information about the model can be found in [6]. 0 θ 0 θ = r 0 g r mg I + m θ θ + I m u r r 0 (1) θ [ ] θ y = (2) r r Table I. System Parameters Symbol Value/Unit Description I kg.m 2 Inertia of the beam m 0.1kg Mass of the ball g 9.8m/s 2 Acceleration r - m Position of the ball θ - o Angle of the beam A PID controller is designed for position control of the ball. The error e is calculated as the difference between the reference position and system position. The error is the input of the PID controller and the output 2561

51 Optimum Control of a Ball and Beam System Using Genetic Algorithm and Simulated Annealing, H. O. Erkol of the controller is the beam angle. Kp, Kd and Ki are coefficients of the controller and they effect the performance of controller. These coefficients must be good tuned for a good performance. The method mostly used for PID tuning is the Ziegler-Nichols method [7]. This method is not a good choice because it does not guarantee the best results, takes long time for tuning process and needs experiment for tuning a controller with an acceptable performance. Fig. 2. General structure of the PID controller 2.2. Optimization Optimization is finding the best solution or one of the best solutions (if there are more solutions) for a problem. An optimization problem consists of maximization or minimization of the equation that describes the problem. Some randomly generated inputs are placed to the equation(s) and the results evaluated according to the stopping criteria. If the results provide the stopping criteria, the algorithm is terminated. The power of any optimization algorithm is based on the methods which produces inputs for the objective function. The Simulated Annealing (SA) is one of the popular optimization methods and improved based on annealing processes in metallurgy. When a metal gets heated or cooled, its physical properties changes. Its physical properties gets fixed when it get enough cool. An annealing metal reaches a crystalline state which has the global minimum thermodynamic energy. The SA algorithm simulates the temperature changes in an annealing process. In the SA algorithm, the cost function is the energy function of a molten metal. There are also some temperature sets for cooling process of the metals used in the annealing techniques. The temperature sets help escaping the local minimum. Detailed information about The SA can be found in [8]. The General structure of the SA is given in Fig. 3. When the algorithm is started, firstly a random solution (S) and an initial value (T) for the temperature are produced using the cost function. In addition a stopping criterion is defined. At the next step, a neighborhood of the solution (S ) is produced and calculated the difference between two solutions (Δ=S-S ). If the Δ<0, then the new solution is S. If the Δ>=0 then the acceptance of the probability must be calculated. If the acceptance of the probability is larger than a random value produced between 0 and 1, the new solution is S else there is no change. Then the temperature T is decreased based on a rule and the algorithm goes on producing a new neighbor of the last solution. All of the steps are repeated until the stopping criteria are satisfied. The acceptance probability is calculated by e -Δ/T =Θ. The probability of increasing in energy (ΔE) at the temperature T is calculated by P(ΔE )=e -ΔE/T. Start Produce a random solution (S) and initial value for T Produce a neighborhood of the solution (S ) Calculate the acceptance of the probability (e -Δ/T =Θ), Produce a random 0<k<1 K<Θ? No Don t cahnge S Yes Calculate Δ=S-S No Δ<0? Yes S=S No Achieved opt. criteria? Yes End Decrease T 2562

52 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Fig. 3. General structure of the Simulated Annealing Algorithm The GA is a popular optimization algorithm. It is inspired from the natural evolution. When two organisms mate, they transfer a combination of their gens to the new member. Members that can survive are the powerful ones, the others die. The characteristic properties that make them powerful are transferred by gens. So weak organisms die, powerful ones live and generate new and powerful members. In this way, the organisms that survive can improve their generation. A block diagram of the GA is given in Fig. 4. The algorithm generates a random population and calculates the fitness value. It ends if the results are good enough or achieved the optimization criteria. Some genetic operators are used to produce new parameters if it is not achieved the optimization criteria. The fitness value is calculated again and algorithm runs until the optimization criteria are achieved. Detailed information about the GA can be found in [9]. Start Generate a random population Calculate the fitness value Achieved optimization criteria? Yes End No Genetic operators Mutation Crossing Natural selection Fig. 4. General structure of the Genetic Algorithm An objective function must be used for an optimization process. An objective function gives a relationship between the variables and the result of the problem. There are many objective functions suggested for optimization of the PID controllers in literature. Two of commonly used functions are given in equation 3 and 4. Integral Absolute Error function given in equation 4 is used in this study because of its good performance. fise T = 0 2 ( e( t)) dt (3) f IAE T = 0 e( t) dt (4) 3. SIMULATIONS RESULTS A model of the ball and beam system and a PID controller for position control is developed using the Matlab program. The system is optimized by the optimization tool box of the Matlab program. The annealing function is selected as fast annealing for the SA and the iteration number is set as 500. Scaling function is selected as rank and selection function is selected as stochastic uniform for the GA. The iteration number is also set as 500. The other parameters are default values of the optimization tool box of the Matlab program. The PID parameters are also tuned by Ziegler-Nichols method for comparison. The optimum parameters cannot be found by this method. The system outputs of the ZN-tuned system are given in Fig. 5. It is possible to improve the performance of ZN-tuned PID by a manual tuning process. The improved system outputs are given in Fig. 6. As seen as, the improved system has less overshoot and short settling time. 2563

53 Optimum Control of a Ball and Beam System Using Genetic Algorithm and Simulated Annealing, H. O. Erkol beam angle 0-5 ball position t (s) t (s) 0.15 angular velocity of the beam t (s) ball velocity t (s) Fig. 5. The simulation results of the ZN-tuned system beam angle 0-5 ball position t (s) t (s) 0.6 angular velocity of the beam t (s) ball velocity t (s) Fig. 6. The improved system outputs of the ZN-optimized system The simulation results of the SA and GA optimized systems are given in the Fig. 7 and Fig. 8. Settling time, overshoot error and steady-state error values for each optimized system are also given in the Table II for comparison. The ZN optimized system has the longest settling time with 7.908s. The settling time of the SA optimized system is shorter than the ZN-tuned system. Its settling time is 2.346s. GA optimized system has the best settling time with 0.209s. The SA optimized system has 20% overshoot error and it is the biggest one. The ZN optimized system has 8.8% overshoot error and the GA optimized system has 3.2% overshoot error. The GA has the best performance in controlling the position of the ball and beam system. The second one is the SA. Its overshoot is more than the ZN but, it has a shorter settling time and its application is easier than the ZN method. The last one is the ZN method. It takes long time for tuning process and need experimental study. Each of the optimized system has no steady state error. 2564

54 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey beam angle 0-5 ball position t (s) t (s) 3 angular velocity of the beam t (s) ball velocity t (s) Fig. 7. The simulation results of the SA optimized system beam angle ball position t (s) t (s) 4 angular velocity of the beam t (s) ball velocity t (s) Fig. 8. The simulation results of the GA optimized system Table II. The performance comparison table Settling Time (s) Overshoot error (%) Steady-State error (%) ZN SA GA CONCLUSIONS In this study, a ball and beam system and a controller for position control are designed and simulated. The designed controller was optimized by the Ziegler-Nichols Method, Simulated Annealing Algorithm and Genetic Algorithm. The objective function used for optimization process is the Integrated Absolute Error function. 2565

55 Optimum Control of a Ball and Beam System Using Genetic Algorithm and Simulated Annealing, H. O. Erkol The ball and beam system is successfully controlled by the PID controller and the controller successfully optimized by the ZN method, SA and GA algorithms. The results show that the GA-optimized system has the best performance. It has the smallest overshoot error and the shortest settling time. The second one is the SA algorithm. It has a better setting time but bigger overshoot error than the ZN-tuned system. The performance of the ZN method is depended on the experiment of the person who makes the optimization process and it takes much time. The results show that the GA algorithm is a good choice and has better performance than the ZN method and the SA algorithm in controlling the ball and beam system and optimizing the PID controller. REFERENCES [1] S. Kocaoğlu and H. Kuşçu, Design and Control of Pid-Controlled Ball and Beam System, in Unitech International Conference, 2013, no. November, pp [2] M. Keshmiri, A. Jahromi, A. Mohebbi, A. Mohammad, and W.-F. Xie, Modeling and Control of Ball and Beam System Using Model Based and Non-Model Based Control Approaches., Int. J. Smart Sens. Intell. Syst., vol. 5, no. 1, pp , [3] U. Farooq, J. Gu, and M. U. Asad, An Interval Type-2 Fuzzy PD controller for Ball and Beam System, rd IEEE Int. Conf. Comput. Control Commun. IC4 2013, no. September, [4] B. Meenakshipriya and K. Kalpana, Modelling and Control of Ball and Beam System Using Coefficient Diagram Method (CDM) based PID controller, vol. 3, no. PART 1. IFAC, [5] S. Binitha and S. S. Sathya, A Survey of Bio inspired Optimization Algorithms, Int. J. Soft Comput. Eng., vol. 2, no. 2, pp , [6] M. Virseda, Modeling and Control of the Ball and Beam Process, no. March [7] J. G. Ziegler and N. B. Nichols, Optimum Settings for Automatic Controllers, J. Dyn. Syst. Meas. Control, vol. 115, no. 2B, pp , [8] K.-L. Du and M. N. S. Swamy, Search and Optimization by Metaheuristics. Cham: Springer International Publishing, [9] U. Bodenhofer, Genetic Algorithms: Theory and Applications, Third

56 3D-CFD Analysis on Performance and Emissions of Diesel, Dual- Fuel Diesel and Spark Ignited Natural Gas Engine M. Aydın 1,* C. Soruşbay 1 1 Department of Automotive Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Istanbul Technical University, Istanbul, Turkey Abstract Due to the limitation emission standarts, conventional diesel engines have been the center of interest for researchers on internal combustion engines. In this work, conventional diesel engine, natural gas-diesel blended dual fuel engine and spark ignited natural gas engine are compared with respect to performance and emissions. AVL Fire, 3-D engine simulation software has been used for engine modelling. For different engine speeds at full load conditions, cylinder pressure, specific energy consumption and exhaust gas emissions are compared for SI natural gas engine with lean and stoichiometric mixture. Keywords: Diesel, Dual-fuel engine, spark ignition, Natural Gas, AVL Fire. 1. INTRODUCTION Decreasing NOx and PM emissions released by conventional diesel engine is a major topic for studying on internal combustion engine. So researchers have developed different combustion principles to reduce these pollutant emissions. Some of investigations in this field is about alternative fuel or engine based on different combustion principle as homogenous charge compression ignition (HCCI), premixed charge compression ignition (PCCI), reactivity controlled compression ignition (RCCI) and dual fuel engine [1-5] In this study, with using AVL Fire, 3-D engine simulation software, simulation results of cylinder pressure, NOx and PM emissions for conventional diesel engine were tuned with experimental results on full, medium and part loads. The performance and emission values of conventional diesel engine compared with dual fuel diesel engine, premixed natural gas ignited by pilot diesel injection, and natural gas fuelled spark ignition engine. In dual fuel engine, natural gas pre-mixed with air homogenously at intake port and ignited by little amount of diesel pilot shortly before TDC. In this type of engine, supplement ratio of natural gas could change with engine load [6]. For this study, optimum supplement ratio was chosen 80 percentage of natural gas for full load [7]. The supplement ratio of natural gas is calculated in terms of total energy of both fuel [8]. x m lhv m lhv m lhv NG * NG = 100 (1) NG * NG + diesel * diesel In this equation, x represents supplement ratio of natural gas, mi represents mass of fuel and lhvi represents lower heating value of fuel. The other type of engine is natural gas fuelled spark ignition engine in which the natural gas pre-mixed with air homogenously at intake port and ignited by spark plug before TDC. All the comparisons were made at 1500, 1780, 2500 and 2900 engine speeds on full load for all engine types. The experimental engine is turbo charged 6-cylinder diesel engine and the technical datum are given in table I [9]. Table I. Diesel engine technical datum. * Corresponding author. Tel.: : fax: address: (M. Aydın). 2567

57 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Cylinder number 6 Bore 112 [mm] Stroke 124 [mm] Stroke volume 7330 [cm 3 ] Compression ratio 17,4:1 Maximum power rpm Maximum torque rpm Fuel injection system Common Rail/7 holes Due to the all combustion principle studied on same engine geometry, the knock tendency is major problem for natural gas fuelled spark ignition engine. So, to avoid knock in engine, two different condition were investigated. At first, by arranging air fuel ratio 1.5, lean combustion was tried to compare diesel and dual fuel engine. Secondly, at stoichiometric condition, low temperature combustion was get by using exhaust gas recirculation. 2. NUMERICAL MODEL Turbo charger 6-cylinder diesel engine was modelled with AVL Fire 3-D CFD engine modelling software. At 1780 rpm engine speed on full load, % 75 load and % 50 load, CFD model was tuned with experimental results. The cylinder pressure, NOx and PM emissions were compared on full, medium and part load. At Figure 1, 2 and 3, experimental and numerical cylinder pressure curves were compared at 1780 rpm engine speed on full, medium and part load. With the decreasing engine load, the cylinder pressure decrease both simulations and experiments. And at Figure 4 and 5, NOx and PM emission values compared at different engine load. With the increasing engine load, NOx emissions increase while PM emission decrease. Due to the increasing load, combustion temperature increases and this cause to high NOx emissions. On the other hand, at high load, due to the effective combustion, particular matter decreases. Fig. 1. Cylinder pressure at 1780 rpm engine speed on full load. 2568

58 3D-CFD analysis on performance and emissions of diesel, dual-fuel diesel and sparkignited natural gas engine M. Aydın, C. soruşbay Fig. 2. Cylinder pressure at 1780 rpm engine speed on % 75 load. Fig. 3. Cylinder pressure at 1780 rpm engine speed on % 50 load. Fig. 4. NO x emissions with respect to engine load. 2569

59 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 3. RESULTS Fig. 5. PM emissions with respect to engine load. After tuned diesel simulation with experimental results, performance and emissions of dual fuel diesel engine and natural gas fueled spark ignition engine were compared with diesel engine. By this way, the effect of different combustion regime on engine performance and emissions could be examine. At the first part of the results, conventional diesel engine and dual fuel diesel engine compare lean burned natural gas fueled spark ignition (NGFSI) engine. At the second part of results, diesel and dual fuel engine class with stoichiometric NGFSI engine. All comparisons were made at 1500, 1780, 2500 and 2900 rpm engine speed on full load. In dual fuel engine and NGFSI engine, due to the pre-mixed air fuel mixture, the knock is a restrictive factor. So the knock tendency was controlled via equation given by Douaud and Eyzat [10] MON 1.7 dα J = ( 10.2 * p) exp( E g T mix) Da n In this equation, Da and Eg are some constant and their values 30,75 and 4200 respectively. MON means motor octane number is 120 for natural gas and J represents knock tendency. Tmix is unburned zone temperature and p represents cylinder pressure. If control parameter J is bigger than 1, this means that there will be knock Comparisons with Lean Mixture Natural Gas Fuelled Spark Ignition Engine At air fuel ratio 1,5 for NGFSI engine, the torque comparison of all combustion principles are given Figure 6. At 1500, 1780, 2500 and 2900 rpm engine speeds, optimum torque values are shown on full load. In this Figure, while the torque values of dual fuel engine with % 80 natural gas supplement ratio (DF-80NG) and NGFSI engine are approximately same, but diesel engine torque is higher with the help of turbo charger. But, due to the knock restriction in DF-80NG and NGFSI engine, they are modelled as natural aspirated engine. (2) Fig. 6. Indicated torque for diesel, dual fuel and NGFSI engine with respect to engine speed

60 3D-CFD analysis on performance and emissions of diesel, dual-fuel diesel and sparkignited natural gas engine M. Aydın, C. soruşbay Fig. 7. Cylinder pressure of diesel engine with respect to engine speed on full load. Fig. 8. Cylinder pressure of DF-80NG engine with respect to engine speed on full load. Fig. 9. Cylinder pressure of NGFSI engine with respect to engine speed on full load. 2571

61 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey At Figure 7, 8 and 9, cylinder pressure curves of diesel, dual fuel engine with % 80 natural gas supplement ratio (DF-80NG) and NGFSI engine are given at different engine speed on full load. For diesel engine, with constant amount of pilot diesel, injection advances were arranged to get optimum results. On the other hand, for DF-80NG engine, at same supplement ratio and constant amount pilot fuel, injection advances were optimized to obtain best results. And finally for NGFSI engine, at air fuel ratio 1,5, spark advance arranged. Although the air fuel ratio of NGFSI engine is 1,5, it has richer mixture than diesel and DF-80NG engine. So spark advances for NGFSI engine were chosen close to TDC to escape knocking combustion. Due to these ignition advances, combustion phase occurs during expansion stroke Fig. 10. Specific NO x emissions for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with respect to engine speed on full load. At Figure 10, for 1500, 1780, 2500 and 2900 rpm engine speed, specific NOx emissions of conventional diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine were compared on full load. For all engine type, with increasing engine speed, NOx emissions decreased. The major reason for this, insufficient time for combustion with increasing engine speed cause to low cylinder temperature which lead to decrease NOx emissions. When comparing all engine type, the highest specific NOx emissions released by DF-80NG engine and the lowest specific NOx emissions released by NGFSI engine. To interpret the NOx emission results, the cylinder temperature, air fuel ratio and combustion time investigated for all engine type. At Figure 11 and 12, cylinder temperature distribution and local equivalence ratio of diesel engine are shown. While higher temperature occurs around rich region with fuel, there is only fresh gas temperature in the lean part of combustion chamber. So at the high temperature and rich region of combustion chamber, formation of NOx emissions is so less due to the lack of air while at the low temperature and lean region, there is no NOx formation. At Figure 13, equivalence ratio of DF-80NG engine is given and at Figure 14, the temperature distribution of DF-80NG engine is shown. It can be seen that, before pilot injection start, air fuel ratio in cylinder is homogenous and approximately equal to 2. After diesel fuel injected into the cylinder, combustion start from a point like spark ignition engine and spread to all combustion chamber. Because of the little amount of diesel fuel, temperature distribution is more homogenous than diesel engine. Because the area of high temperature which is enough to NOx formation and sufficient air fuel ratio in dual fuel engine is bigger than diesel engine, higher NOx formation occurs in diesel engine. 2572

62 3D-CFD analysis on performance and emissions of diesel, dual-fuel diesel and sparkignited natural gas engine M. Aydın, C. soruşbay Fig. 11. Equivalence ratio for diesel engine at 1500 rpm, 20-degree crank angle atdc on full load. Fig. 12. Cylinder temperature for diesel engine at 1500 rpm, 20-degree crank angle atdc on full load. Fig. 13. Equivalence ratio for DFD-80NG engine at 1500 rpm, 20-degree crank angle atdc on full load. Fig. 14. Cylinder temperature for DF-80NG engine at 1500 rpm, 20-degree crank angle atdc on full load. 2573

63 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Fig. 15. Equivalence ratio for NGFSI engine at 1500 rpm, 20-degree crank angle atdc on full load. Fig. 16. Cylinder temperature for NGFSI engine at 1500 rpm, 20-degree crank angle atdc on full load. At Figure 15 and 16, equivalence ratio and temperature distribution of NGFSI engine are given. Equivalence ratio and cylinder temperature are homogeneously spread all around the combustion chamber. Though he local temperature is enough to lead formation of NOx emissions in NGFSI engine, while compared with diesel and DF-80NG engine, NOx emissions are the least. The major reason for this situation, combustion phase continues to expansion stroke due to the created conditions avoiding knock. So there is no sufficient time for NOx formation. The other reason is respectively richer mixture than diesel and dual fuel engine cause to low NOx emissions. Fig. 17. Specific PM emissions for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with respect to engine speed on full load. 2574

64 3D-CFD analysis on performance and emissions of diesel, dual-fuel diesel and sparkignited natural gas engine M. Aydın, C. soruşbay Fig. 18. Specific UHC emissions for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with respect to engine speed on full load. At Figure 17, PM emissions of diesel, DF-80BG and NGFSI engine is shown. As expected, due to the less time for homogenous mixture with increasing engine speed, PM emissions in diesel engine is the highest. Thanks to premixed combustion in dual fuel and NGFSI engine, there is no formation of particular matter. At Figure 18, un burned HC emissions of diesel, DF-80NG and NGFSI engine is given. The formation of UHC emissions is related with combustion efficiency [1]. With increasing engine speed, the time for complete combustion increases and this lead to higher HC emissions. On the other hand, specific UHC emission of DF- 80NG engine is higher than diesel engine. This result is similar to study done by Papagiannikis and friends [9]. According to them, because gas fuel in premixed mixture affect flame propagation, dual fuel engine has low burning velocity and so it releases more UHC emissions. The other reason, the fuel which come from pre-mixed mixture escape combustion to crevice volume and it cause UHC. On the other hand, there is low UHC emission in NGFSI engine, thanks to high burning speed of relatively rich combustion. At Figure 19, specific energy consumption of diesel, DF-80NG and NGFSI engine with respect to engine speed is given on full load. Because the different fuels are used in dual fuel engine, specific energy consumption is used instead of specific fuel consumption to compare all engine results. SEC of DF-80NG engine and NGFSI engine is approximately same but the SEC of diesel increase with increasing engine speed as expected. Fig. 19. Specific energy consumption for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with respect to engine speed on full load 3.2. Comparisons with stoichiometric Natural Gas Fuelled Spark Ignition Engine with EGR The second way to compare NGFSI engine with diesel and DF-80NG engine while dilute the mixture to avoid knock is exhaust gas recirculation. With EGR application burning velocity decrease and so it causes to low temperature combustion [11]. At 1780 rpm engine speed, 28 percentages of EGR applied to NGFSI 2575

65 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey engine on full load. At Figure 20, cylinder pressure of NGFSI engine with and without EGR is shown at 1780 rpm engine speed. Fig. 20. Cylinder pressure of NGFSI engine with/without EGR at 1780 rpm engine speed on full load. Stoichiometric NGFSI engine with EGR and lean NGFSI engine have same cylinder pressure and same burning speed. On the other hand, released emissions are different from each other. At Figure 21, specific NOx emissions are given. As expected, because EGR reduces amount of O2 and decreases cylinder temperature, NOx emission decreases. As seen from Figure 21, NOx formation of NGFSI engine with EGR is less than lean NGFSI engine while their same cylinder pressure curve and mean effective pressure. Fig. 21. Specific NO x emissions for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with/without EGR at 1780 rpm engine speed on full load. 2576

66 3D-CFD analysis on performance and emissions of diesel, dual-fuel diesel and sparkignited natural gas engine M. Aydın, C. soruşbay Fig. 22. Specific PM emissions for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with/without EGR at 1780 rpm engine speed on full load. Fig. 23. SEC for diesel, DF-80NG engine and NGFSI engine with/without EGR at 1780 rpm engine speed on full load. At Figure 22, specific PM emissions of NGFSI engine with EGR at 1780 rpm engine speed compared with diesel, DF-80NG engine and lean NGFSI engine. It can be said that particle matter formed during combustion in NGFSI engine with EGR could not be oxidised due to the low temperature raised from EGR. Even so, NGFSI engine with EGR is better than diesel engine with respect to diesel engine. At Figure 23, SEC of diesel, DF-80NG, lean NGFSI engine and stoichiometric NGFSI engine with EGR were compared. Because the lower heating value of natural gas and amount of burned fuel are more than the other engines, SEC of NGFSI engine with/without EGR is higher. On the other hand, stoichiometric NGFSI engine with EGR has higher SEC than lean NGFSI engine. The reason is that stoichiometric NGFSI engine with EGR has 4,2 kg/h fuel flow rate while lean NGFSI engine has 3,96 kg/h fuel flow rate at same performance output. 4. CONCLUTION In this study, after diesel engine simulation tuned with experimental results, engine had different combustion principle compared with conventional diesel engine. While doing this comparison, maximum cylinder pressure and knock tendency considered and injection advance or spark advance was arranged to get optimum results. In all comparison, by leaning mixture and using EGR in NGFSI engine, low temperature combustion is get. At comparison with lean NGFSI engine, the highest torques are obtained from diesel engine thanks to turbo charge, while lowest NOx, PM and UHC emissions are released from NGFSI engine thanks to low temperature combustion and relatively higher burning speed. Dual fuel engine, had 80 percentages natural gas, has low torque output due to the natural aspirated conditions and highest specific NOx emissions due to the high cylinder temperature and enough air. 2577

67 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey At comparison with stoichiometric NGFSI engine with EGR, the effects of EGR on performance and emissions are investigated. With the effect of EGR, cylinder temperature decreased and so NOx emissions reduced while PM and SEC of NGFSI engine with EGR increased due to the ineffective combustion. REFERENCES [1] Mustafi, N. Raine, R. ve Verhelst,S., Combustion and emissions characteristics of a dual fuel engine operated on alternative gaseous fuels, Fuel 109; , [2] T. Karthikeya Sharma, G. Amba Prasad Rao, K. Madhu Murthy, Homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines: a review, Arch Computat Methods Eng 23; , [3] Rolf D. Reitz, Ganesh Duraisamy, Review of high efficiency and clean reactivity controlled compression ignition (RCCI) combustion in internal combustion engines, Progress in Energy and Combustion Science 46;12-71, [4] Taro Aoyama, Yoshiaki Hattori, and Jun'ichi Mizuta, Yasuo Sato, An experimental study on premixed-charge compression ignition gasoline engine, SAE Technical Paper Series: International Congress & Exposition, Detroit, Michigan February 26-29, [5] Hountalas,D. ve Papagiannikis,R., Theoretical and experimental investigation of a direct injection dual fuel diesel-natural gas engine, SAE World Congress, Michigan, [6] Wong, W. Midkiff, K.ve Bell, S., Performance and emissions of a natural gas dual-fuelled, indirect injected diesel engine, SAE International, [7] Aydın M., Çift yakıtlı şıkıştırmalı ateşlemeli bir motorda yanmanin üç boyutlu modellenmesi, Master Thesis, İstanbul Turkey, June, [8] Papagiannikis, R. Rakopoulos, C. Hountalas, D. ve Rakopoulos, D., Emission characteristics of high speed, dual fuel, compression ignition engine operating in a wide range of natural gas/diesel fuel proportions, Fuel, 89; , [9] Soruşbay, C. İmren, A. Ergenemean, M. Şan, D. ve Gürarslan, E., Control of NOx emissions from diesel engines by the optimisation of fuel injection strategies, Int J of Vehicle Design 45; 47-60, [10] Douaud, A., Eyzat, P., Four-octane-number method for predicting the anti-knock behaviour of fuels and engines, SAE Technical Paper, [11] Bjoern Hoepke, Stefan Jannsen, Emmanuel Kasseris and Wai K. Cheng, EGR effects on boosted SI engine operation and knock integral correlation, SAE International,

68 Performance Comparison with Synchronous Reluctance Motor and Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor G. Boztas 1,*, O. Aydogmus 2, H. Guldemir 3 1,3 Department of Electrical & Electronics Engineering, Faculty of Technology, Firat University, Elazig, Turkey 2 Department of Mechatronics Engineering, Faculty of Technology, Firat University, Elazig, Turkey Abstract In this paper, Synchronous Reluctance Motors (SynRM) and Permanent Magnet Assisted SynRM (PMa- SynRM) have been designed in order to compare performances. The performances of these motors have been analyzed by using Infolytica/MotorSolve software. The results such as reluctance torque, output power, efficiency, power factor and advanced angle have been presented for these motors at the same operating conditions. All design parameters used for the comparison are same such as stator/rotor geometries and stator winding layouts. The only one difference is permanent magnets (PMs) added to the rotor of PMa-SynRM. In addition, advance angle which is a crucial parameter has been presented for different values in order to obtain maximum reluctance torque. The analysis results show that output power and power factor have increased about 30% for the PMa-SynRM according to SynRM. However, efficiency and reluctance torque are approximately same for two motors. The production cost of PMa- SynRM is higher than SynRM due to added PMs. Keywords: Synchronous reluctance motor, permanent magnet, electric motor design. 1. INTRODUCTION 3-phase induction motors (IMs) with squirrel cage rotor are widely used in industrial applications because they have characteristics such as easy production and high durability under difficult operating conditions. Nowadays, PMSMs have used as an alternative to IMs in applications requiring speed control and high efficiency. However, PMSMs have disadvantages such as high production cost, production difficulty and high durability under difficult operating conditions according to IMs. Therefore, SynRMs having advantages of these two motors are a strong opponent to these motors. SynRMs have high dynamic response as PMSMs. Besides, they have high durability as IMs. PMs of PMSM rotor and bars of IM rotor increase the possibility of the fault. However, SynRMs have not any such a fault problem. There are no losses of the rotor including about 20% of the power in high power motors because SynRMs have not parts such as magnets, windings and bars. SynRMs can be produced without any changes in the production lines of the IM factories. In the last decade, IPM, SynRM and PMa-SynRM have begun to become popular in the electrical vehicle application. [1-2]. High saliency ratio have to be used in order to improve constant power-speed region for motors [3]. Therefore, PMs are added inside rotor flux barriers of the SynRM for obtaining high saliency ratio [4-6]. This motor is known as PMa-SynRM in literature [7-8]. PMa-SynRMs, as shown in Fig. 1, it can be the best fit * Corresponding author. Tel.: /4346: fax: address: (G. Boztas). 2579

69 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey with its combined advantages of both IPM and SynRMs and nullifying the disadvantages of both the motors. PMa-SynRMs have begun to become a very important motor type for electric vehicles [9-11]. The performance comparisons of the SynRMs and the PMa-SynRMs having the same stator and rotor geometries have been performed in this paper. Only difference of these two motors is magnets which are added on the rotor of the PMa-SynRM. Other parameters of these motors are same to make a proper comparison. They have been designed by using MotorSolve program. They compared in terms of efficiency, reluctance torque, output power, power factor and magnetic flux density. Magnet Air 2. MOTOR DESIGN AND ANALYSIS Fig. 1. Rotor structure of the IPM, SynRM and PMa-SynRM In this paper, SynRM and PMa-SynRM having the same stator geometry have been designed with different rotor type as shown Fig Motor Design Designed motors have 4-flux barriers, 27 stator slots, 4-poles, 3-phases. Stator out diameter, stack height and air gap thickness are 115 mm, 170 mm and 0.5 mm, respectively. Supply voltage of the motor drive system and rated current of the motor are taken as 550 VDC and 16.4 A, respectively. Additionally, motor rated speed is 3000 rpm. Areas of the rotor flux barrier have been sinusoidal changed from outside to inside of rotor. Fig. 2. Stator and rotor geometries of the motors Flux density which is an important parameter in the motor design has been analyzed for both motors as shown Fig. 3. Advance angle has been determined as 45 degrees in the design. The flux densities of the motors have been obtained as approximately maximum 2 Tesla. The flux lines have been smoothly passed through the rotor rips and leakage flux lines has been minimized in the SynRM. However, the motor has obtained a smooth torque despite the fact that the flux lines have not been situated as desired through rotor rips due to influences of the magnets in the PMa-SynRM. 2580

70 Performance Comparison with Synchronous Reluctance Motor and Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance, MotorG. Boztas 2.2. Performance Analysis of Motors Fig. 3. Flux densities and flux lines of the motors Performance analyses of the motors have been obtained by using MotorSolve/Infolytica program. Total motor friction and windage losses are 50 W and leakage losses are 5 % for both motors. Reluctance torque, output power, efficiency and power factor of the SynRM are given in Fig. 4. Produced torque is 10 Nm and output power 2.96 kw when these results are analyzed for 3000 rpm rated speed. Besides, efficiency and power factor are 90.3 % and 0.307, respectively. SynRM can be operated up to nearly 1.67 times of the rated speed. Produced torque are same at both rated speed and nearly 1.67 times of the rated speed. Efficiency and power factor are 90.5 % and at 1.67 times of the rated speed. It is seen that SynRM has very large operation range when these results are analyzed. SynRM does not produced magnet torque because there are not magnets on SynRM rotor. Thus, produced torque equals output torque. The biggest disadvantage of the SynRM is low power factor. Fig. 4. Performance Curves of SynRM Performance curves of the PMa-SynRM are shown in Fig. 5. PMa-SynRM has produced 3.88 kw output power with 92.6 % efficiency at 3000 rpm rated speed. PMa-SynRM has higher power factor than SynRM as shown Fig.5. PMa-SynRM has produced 2.2 Nm magnet torque more than the SynRM. Reluctance torque and output torque of the PMa-SynRM are 10.9 Nm, 13.1 Nm, respectively. PMa-SynRM can be operated up to nearly 1.67 times of the rated speed. Reluctance torque and magnet torque are same at both rated speed and nearly 1.67 times of the rated speed. Power factor and output factor are and 6.35 kw at 1.67 times of 2581

71 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey the rated speed. Both motors produce nearly constant output torque up to nearly 1.67 times of the rated speed as understood from results given in Fig.4, Fig.5. Fig. 5. Performance Curves of PMa-SynRM Efficiency maps of SynRM and PMa-SynRM are presented in Fig.6, Fig. 7, respectively. Maximum efficiency of the PMa-SynRM has been obtained in a large region between 2500 rpm and 6000 rpm whereas maximum efficiency of the SynRM has been obtained in a limited area between 4000 rpm and 4500 rpm. 80 % efficiency has been obtained in a very large operation region for both motors. Fig. 6. Efficiency map of SynRM 2582

72 Performance Comparison with Synchronous Reluctance Motor and Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance, MotorG. Boztas Fig. 7. Efficiency map of PMa-SynRM 3. CONCLUSIONS SynRMs which have recently become popular in industrial applications have appeared to rival in certain applications for IM and PMSM. SynRMs have many advantages by comparison with IM. However, this motor was more popular than SynRM because IMs was previously used without motor drive in many applications. Nowadays, SynRMs have begun to become an important opponent to IMs when IMs are used with motor drive. PMs are located inside to rotor flux barriers in order to obtain high saliency ratio for the SynRM. This type of motor is known as PMa-SynRM. The performance comparisons of the SynRMs and the PMa-SynRMs having the same stator and rotor geometries have been performed in this paper. Only difference of these two motors is magnets which are added on the rotor of the PMa-SynRM. Other parameters of these motors are same to make a proper comparison. They have been designed by using MotorSolve program and compared in terms of efficiency, reluctance torque, output power, power factor and magnetic flux density. Additionally, both motors can produce nearly constant output torque up to nearly 1.67 times of the rated speed. If these two motors are compared each other, it can be seen that PMa-SynRM is superior than SynRM with minor difference. However, this minor difference can be ignored when compared in terms of production cost. REFERENCES [1] Jahns, T.M., Caliskan, V., Uncontrolled generator operation of interior PM synchronous machines following high-speed inverter shutdown, IEEE Transactions on Industry Applications 35(6); , [2] Niazi, P., Toliyat, H.A., Goodarzi, A., Robust maximum torque per ampere (MTPA) control of PM-assisted SynRM for traction applications, IEEE Transactions on Vehicular Technology 56(4); , [3] Pellegrino, G., Vagati, A., Guglielmi, P., Design trade offs between constant power speed range, uncontrolled generator operation, and rated current of IPM motor drives, IEEE Transactions on Industry Applications 47(5); , Sep./Oct [4] Boldea, I., Reluctance Synchrnous Machines and Drives, Oxford, U.K.: Clarendon, [5] Jovanovic, M.G., Betz, R E., Platt, D., Sensorless vector controller for a synchronous reluctance motor, IEEE Transactions on Industry Applications 34(2); , March/April [6] Vagati, A., Pastorelli, M., Franceschini, G., Petrache, S.C., Design of low-torque-ripple synchronous reluctance motors, IEEE Transactions on Industry Applications 34(4); , July/August

73 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey [7] Jang, Y.J., Lee, J.H., Characteristic Analysis of Permanent Magnet Synchronous Reluctance Motor for High Power Applications, Journal of Applied Physics 97(10); May, [8] Niazi, P., Toliyat, H.A., Cheong, D., Kim, Kim, Kim, J., A Low-Cost and Efficient Permanent-Magnet- Assisted Synchronous Reluctance Motor Drive, IEEE Transactıons On Industry Applıcatıons 43(2); , March/Aprıl [9] Bonthu, S.S.R., Optimal design and comparative analysis of multi-phase permanent magnet assisted synchronous reluctance machines, Master Thesis, The Graduate Faculty of University of Akron [10]Boldea, I., Tutelea, L., Pitic, C., Pm-assisted reluctance synchronous motor/ generator (pm-rsm) for mild hybrid vehicles: electromagnetic design, IEEE Transactions on Industry Applications 40(2); , [11]Stipetic, S., Zarko, D., Kovacic, M., Optimised design of permanent magnet assisted synchronous reluctance motor series using combined analytical finite element analysis based approach, IET Electric Power Applications, 10(5);

74 Determination of The Effect of Mechanical Surface Treatment on Some Properties of Aluminium Materials Z.Alkan 1,*, R.Varol 2, R.Selver 2 Süleyman Demirel Üniversitesi Müh. Fak. Mak. Müh. Böl.,Isparta Abstract In this study, as a mechanical surface treatment method shot peening was applied to selected two aluminium alloy specimens. Shot peening has changed some important properties of shot peened materils such as mechanicalproperties, physical properties, surface properties and corrosion resistance. The changing in mechanical properties, surface properties of shot peened aluminium alloys were determined experimentally. Shot peening was applied to widely used AA1050 and AA2024 aluminum alloys which have high corrosion resistance and low density. Before shot peeneing apropriate heat treatments were applied to the specimens. As a shot peening parameters S230, S330 and S460 steel balls were selected as shot and used for shot peening process.peening time was selected as from 20 second to 180 seconds. Shot peening was applied as double side of prepared sheet shaped samples. After shot peening, severe plastically deformed layers were determined between µm range and ultra-fine grained surface layer on the AA1050 and AA2024 materials. Surface roughness of peened specimens were compared each other and the effect of changing in surface quality on the mechanical properties of used aluminium alloy specimens were determined.shot peening is limited on the surface of peened parts in a thin layer. That is why the effect of this very limited changing in mechanical properties of peened aluminium alloy specimens were determined. Key Words:, Shot peening, mechanical properties, Al alloys, mechanical surface treatments 1. GİRİŞ Metallerin yorulmaya ve gerilmeli korozyona karşı mukavemetlerini arttırmak amacıyla soğuk veya ılık olarak uygulanabilen bilyeli dövme işlemi metallerin yüzeyine küçük çaplı bilyelerin fırlatılması ile gerçekleşen bir yüzey işlemidir. Bilyeli dövme işleminde kullanılan bilyeler genellikle küresel olup malzemeleri dökme demir, çelik, cam, seramik, kesme tel veya paslanmaz çelik olabilir. Malzemeyi dövecek bilyelerin hızı, kalıcı plastik deformasyon oluşturacak hızlarda, metalin yüzeyine püskürtülmelidir. Bilyelerin sertliği dövülecek malzemenin sertliğinden daha yüksek olmak durumundadır. Bilyeli dövme işlemi esnasında plastik deformasyona uğrayan bölgeler uzamaya çalışacaktır. Ancak iç bölgelerde elastik deformasyon oluştuğu ve hiç deforme olmadığı için buna izin vermeyecektir. Bu durumda deformasyon bölgesindeki kalıcı basma gerilmeleri ve dövülmeyen iç bölgede bilyeli dövme uygulanmasıyla artık çekme gerilmesi meydana gelmektedir. Buradaki artık basma ve çekme gerilmelerinin maksimum değeri malzemenin akma dayanımı değeridir. Bilyeli dövme sonucu dövülen malzemenin yüzeyinde meydana getirilen artık basma gerilmesi değeri, pratikte dövülen malzemenin akma dayanımının yarısı kadar olacaktır [1-4]. Yazar *. Tel.: : fax: address: (Z.Alkan). 2585

75 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-221October 2017, Elazığ, Turkey Bilyeli dövmenin yaygın uygulama alanlarından en yaygın olanları havacılık ve otomotiv endüstrisidir. Uçak parçaları, eksenel kompresör, dişliler, fren parçaları, kam milleri, zincir yan barları, yaylar, biyel, krank milleri, yaprak yaylar, piston kolları, türbin kanatları, supap yayları bilyeli dövmenin endüstrideki uygulamaları için örnek olarak verilebilirler. Bu tür parçalarda bilyeli dövme uygulanmasının asıl amacı parçaların yorulma ömrünü arttırmaktır [5]. Yaygın olarak metalik malzemelere uygulanmakta olan bilyeli dövme işlemi son yıllarda araştırma amaçlı da olsa kristalik yapıya sahip seramikler gibi gevrek ve metal dışı malzemelere de uygulanmaya başlanmış ve yararlı etkiler elde edildiği rapor edilmiştir [6-7]. Bu çalışmada, oldukça fazla kullanım alanına sahip ve önemli bir mühendislik malzemesi olan alüminyum alaşımlarından ikisi deneysel çalışmalar için seçilmiştir. Seçilen alüminyum alaşımları AA1050 ve AA2024 yassı ürünleridir. Çalışmanın amacı mekanik yüzey işlemi olan bilyeli dövmenin alüminyum malzemeden parçalarda uygulanması sonrasında meydana gelen özellik değişimlerinin belirlenmesidir. Böylece özgül kütlesi düşük, atmosfer şartlarında korozyon direnci yüksek olan alüminyum alaşımlarına yeni özelliklerinin kazandırılması ile bu malzemelerin kullanım alanlarının artırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla AA1050 ve AA2024 alüminyum alaşımı malzemeden hazırlanmış levha şekilli deney numunelerine farklı bilyeli dövme parametreleri uygulanarak deneyler yapılmıştır. Dövme işlemi uygulanmış ve dövme işlemi uygulanmamış numunelerin mekanik ve yüzey özelliklerinin incelenerek karşılaştırılmasını kapsayan deneysel bir program takip edilmiştir. 2. MATERYAL VE METOD Bu çalışmada iki farklı gruptan alüminyum alaşımı seçilmiştir. AA2024 malzeme Al-Cu alaşımıdır. Bu malzeme yaşlandırma işlemi uygulanarak dayanım ve sertliği artırılabilen çok yaygın kullanım alanı bulan bir alaşımdır. Özgül dayanım (dayanım/yoğunluk) ve özgül elastisite modülünün (elastisite modülü/yoğunluk) önemli olduğu yerlerde, otomotiv sanayinde, vagon yapımında, mühimmat sanayinde, uçak gövde ve kanatlarında, ortopedik taban, perçin ve çekici tekerlekleri yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Seçilen diğer alüminyum malzeme ise AA1050 malzemedir. Teknik alüminyum olarak ta adlandırılan ve alaşım elemanı içermeyen dayanımı ve sertliği oldukça düşük ancak plastik şekillendirilebilme özelliği çok iyi olan bir malzemedir. Bu nedenle yüksek gerilme altında çalışan parçaların imalatında kullanılmamakla birlikte küçük mutfak eşyaları gibi gerilme ve kuvvet altında kalmadan görev yapan gereçlerin imalinde kullanılırlar. Bu çalışmada dayanımı ve sertliği düşük (AA1050) ile dayanımı ve sertliği yüksek (AA2024) iki ayrı Alüminyum alaşımı karşılaştırma amaçlı seçilmiştir [8-9]. Bilyeli dövme işlemi, TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsünde yapılmıştır. Bilyeli dövmede kullanılan bilyeler ve özellikleri Tablo 1 de verilmiştir. Bilyeli dövmede S230, S330 ve S460 çelik bilyeler seçilmiştir. Dövme sonrası mekanik özelliklerin belirlenmesi amacıyla çekme ve eğme deney numuneleri hazırlanmıştır. AA1050 malzemeden numuneler ilave hiçbir işlem uygulanmadan satın alındığı gibi kullanılmıştır. AA2024 alaşımından hazırlanmış numunelere yaşlandırma ısıl işlemi uygulanarak dayanım ve sertliği artırılarak kullanıma hazır hale getirilmiştir. Tablo 1. Bilyeli dövmede kullanılan bilyeler ve özellikleri SAE Nominal Açıklama No. Çap (mm) S460 1,19 Tam küresel çelik bilye, ortalama φ 1,19 S330 0,84 Tam küresel çelik bilye, ortalama φ 0,84 S230 0,60 Tam küresel çelik bilye, ortalama φ 0, Dövme Alanı ve Dövme Sürelerinin Belirlenmesi Bilyeli dövme işleminde basınçlı hava ortamında bilyelerin dövülecek parçaya gönderildiği bilyeli dövme sistemi kullanılmıştır. Bu çalışmada Almen Dövme Şiddeti (ADŞ) A aralığında seçilmiştir. AA1050 ve AA2024 malzemelerin mekanik özelliklerini tespit etmek için çekme ve eğme numunelerine uygulanan dövme parametreleri Tablo 2 de verilmiştir. Tablo 2.Çekme deneyi numunelerine uygulanan bilyeli dövme işlemi parametreleri 2586

76 Determination of The Effect of Mechanical Surface Treatment on Some Properties of Aluminium Materials Z.Alkan, R. Varol, R. Selver Malzeme Bilye Tipi Dövme İşlemi Dövme Süresi (s) AA1050 AA2024 S230 S230 S460 S460 Dövülmemiş numune S230 S230 S460 S-460 Dövülmemiş numune Çift Yönlü Çift Yönlü Çift Yönlü Çift Yönlü Çift Yönlü Çift Yönlü Çift Yönlü Çift Yönlü Tablo 2 de görüldüğü gibi AA1050 ve AA2024 malzemelerden hazırlanan numunelere farklı bilye tipi ve dövme süreleri seçilerek levha şekilli numunelerin her iki yüzü, burada çift yönlü dövülmüş olarak anılacaktır, bilyeli dövülmüştür Mekanik Deneyler Bilyeli dövme işleminin mekanik özellikler üzerindeki etkisinin belirlenebilmesi amacıyla hazırlanmış olan çekme deney numuneleri Şekil 1 de verilmiştir. Şekil1. Çekme deney numunesi şekli ve boyutları Çekme ve eğme deneyleri TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü nde bulunan ZWICK Z 250 üniversal çekme cihazında gerçekleştirilmiştir. Şekil 2 te tel erozyonla kesilerek çıkarılan eğme deney numunesinin eğme deneyinden önce ve sonraki durumu gösterilmektedir. Şekil2. Eğme deneyi numunelerinin deney öncesi ve sonrası genel görünüşü 3.SONUÇLAR VE TARTIŞMA 2587

77 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-221October 2017, Elazığ, Turkey 3.1. Bilyeli Dövmenin Yüzey Özelliklerine Etkisi Bilyeli dövmede Almen Dövme Şiddeti (ADŞ) değerinin belirlenmesi önemlidir. Düşük seçilen ADŞ değeri uygulanması halinde yetersiz dövme ortaya çıkmakta ve faydalı etkisinin elde edilmesi mümkün olamamaktadır. Diğer yandan çok yüksek seçilmiş ADŞ ise istenmeyen zararlı yüzey bozulmalarına neden olabilmektedir. Bu nedenle ADŞ değeri çok kritik bir değerdir. Şekil 3 te AA1050 malzemenin S-230 bilye kullanılarak 120 s süre ile bilyeli dövme sonrası ortaya çıkan aşırı dövme etkisi görülmektedir[10].burada malzemenin içyapısında ve yüzeydeki bozulmanın homojen olmayan dövme işlemi ve 120 s süre gibi oldukça fazla sürede dövme işleminin bölgesel aşırı plastik deformasyondan kaynaklandığı düşünülmektedir. Dövme süresi (t) arttıkça bilyeli dövülen malzemeye bilyeler tarafından aktarılan enerji artmaktadır. İç bölgelerde elastik deformasyon oluşurken yüzey bölgesine aktarılan enerji miktarı arttıkça aşırı dövme etkisi ortaya çıkmaktadır. Yüzeyin bir bölge veya noktasında dövme esnasında çok kısa süreli fazladan dövme veya kontrolsüz heterojen dövme yapıldığında o nokta veya bölge ( örneğin Şekil 3 te 244 μμμμ derinlikli bölge) daha aşırı dövülmektedir. Bu durum bilyeli dövme işleminde istenmez. Mümkün mertebe bu tür etkilerden kaçınmak gerektiği açıktır. Bu nedenle her bir malzeme grubu/alaşımı için optimum ADŞ değerinin belirlenmesi çok önemli ve gereklidir. ADŞ değerinin belirlenmesinde dövülen malzemenin sertliği, dayanım değerleri, plastik şekil alabilme kabiliyeti, parça şekli ve kalınlığı ile dövme yöntemi ile bilye malzemelerinin özellikleri etkili olmaktadır [11]. Şekil 3. AA1050 malzemenin S-230 çaplı bilye ile 120 s süre dövme sonrası aşırı deformasyon sonucu otaya çıkan bozulma (x100) AA2024 yaşlandırma ısıl işlemi yapılmış, S-330 bilye kullanılarak 80 s dövülmüş numune nin enine kesitinin görüntüsü Şekil 4 te verilmektedir[10].şekil 4 te AA2024 malzemenin mikro yapısı, tanelerin şekilleri ve görece boyutları ile dövme sonucu yüzeyde oluşan ince taneli tabakanın şekli ve kalınlığı görülmektedir. Dövme sonucu ortaya çıkan plastik deforme olmuş tabaka kalınlığı 100 µm ye kadar çıkmaktadır. Bu tabakada malzemenin dövülmemiş kısımlardaki tane yapısından tamamen farklı hale geldiği ve daha ince taneli bir yapının oluştuğu dikkati çekmektedir. 2588

78 Determination of The Effect of Mechanical Surface Treatment on Some Properties of Aluminium Materials Z.Alkan, R. Varol, R. Selver Maksimum 100 µm Şekil 4. Yaşlandırma ısıl işlemi görmüş, S-330 bilye ile 80 s dövülmüş AA2024 numune (X50) 3.2. Bilyeli Dövme İşlemi Yapılan AA1050 ve AA2024 Malzemenin Yüzey Özellikleri Bilyeli dövme sonrası dövülen malzemenin/parçanın yüzey kalitesi mutlaka değişmektedir. Bu değişim diğer özellikleri de önemli ölçüde etkilemektedir. Dinamik yükler altında çalışan parçalarda yorulma davranışı önem kazanmaktadır. Yorulma dayanımı veya ömrü üzerinde etkili olan faktörlerden önemli olanlardan birisi de yüzey kalitesidir. Buna ilave olarak fiziksel özellikler ve aşınma özellikleri üzerinde de önemli etkilere sahiptir [1,4,12,13]. Şekil 5 te üç farklı bilye için dövme süresi ile dövülen AA1050 malzemeden numunelerin ölçülen yüzey pürüzlülüğü değerleri Ra (µm) olarak verilmektedir. Dövme öncesi numunelerin yüzey pürüzlülük değerleri 0.5 µm mertebesinde ölçülmüştür. Bilyeli dövme sonrası yüzey kalitesinde kötü yönde değişim ortaya çıktığı açıkça görülmektedir. Bilyeli dövme işleminde dövülen parçanın yüzey pürüzlülüğü düşük değerlerde ise mutlaka kötü yönde değişim ortaya çıkmaktadır. Tersi durum da doğrudur[1]. Şekil 5 te görüldüğü gibi yüzey pürüzlülük değerlerinde dövme süresi ile değişim en fazla S460 çelik bilye kullanılması halinde ortaya çıkmaktadır. Dövme süresi saniye aralığında yüzey pürüzlülüğü hemen hemen 2.2 µm mertebesinde iken 80 saniye dövme işlemi için hızla pürüzlülük düşmektedir. Bundan daha uzun sürelerde dövme için pürüzlülük değerleri yine hızla artmaktadır. 80 s süre ile dövmede bu süreye erişinceye kadar bilyelerin oluşturduğu pikler yeniden bilyeler tarafından vurularak plastik deforme olmasına neden olmaktadır ve böylece yüzeyde oluşan girinti ve çıkıntılar kısmen azalmakta bu da pürüzlülük değerindeki düşüşü ortaya çıkarmaktadır. Üç farklı tip bilye kullanılarak farklı sürelerle dövülmüş AA2024 malzemenin yüzey pürüzlülük değerlerindeki değişim Şekil 6 da verilmektedir. Bu malzeme için de benzer durum söz konusudur. Ancak AA2024 alaşımında dövme ile ortaya çıkan ve pürüzlülüğü oluşturan piklerin AA1050 malzemeden daha küçük olduğu gözlemlenmiştir. AA1050 malzemede dövme süresi uzatılmış olsaydı pürüzlülük değerinde düşüş olması beklenmelidir. Bilyeli dövmenin karakteristiği dikkate alındığında bilyeli dövme sonrası her durumda yüzey kalitesi kötü yönde değişikliğe uğrar. 2589

79 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-221October 2017, Elazığ, Turkey 2,8 AA1050 Pürüzlülük (Ra), [mikron] 2,6 2,4 2,2 Süre vs S 230 Süre vs S 330 Süre vs S 460 Süre vs S 230 Süre vs S 330 Col 9 vs Col 10 2,0 1, Dövme Süresi [s] Şekil 5. Üç tip bilye kullanılarak farklı sürelerle dövülmüş AA1050 malzemenin yüzey pürüzlülük değerlerindeki değişim 2,2 AA2024 2,0 Pürüzlülük (Ra), [mikron] 1,8 1,6 1,4 Süre v s S230 Çif t Süre v s S330 Çif t Süre v s S460 Çif t Süre v s S230 Çif t Süre v s S330 Çif t Süre v s S460 Çif t 1, Dövme Süresi [s] Şekil 6. Üç tip bilye kullanılarak farklı sürelerle dövülmüş AA2024 malzemenin yüzey pürüzlülük değerlerindeki değişim 2590

80 Determination of The Effect of Mechanical Surface Treatment on Some Properties of Aluminium Materials Z.Alkan, R. Varol, R. Selver 2,6 S 230 Bilye Çap için 2,4 Pürüzlülük (Ra), [mikron] 2,2 2,0 1,8 1,6 Süre vs AA1050 Süre vs AA2024 Süre vs AA1050 Süre vs AA2024 1,4 1, Dövme Süresi [s] Şekil 7. S230 bilye ile dövülmüş AA1050 ve AA2024 malzemenin yüzey özellikleri Bilyeli dövme işleminde dövülen malzemenin sertlik ve dayanım değerlerinin yüzey kalitesine etkisini göstermek üzere aynı bilye kullanılarak yapılan dövme sonrası AA1050 ve AA2024 malzemelerin yüzey pürüzlülük değerleri karşılaştırmalı olarak Şekil 7 de verilmektedir. S230 çelik bilye ile saniye aralığında bilyeli dövme sonrası ölçülen yüzey pürüzlülük değerleri karşılaştırıldığında AA1050 malzemede her durumda yüzey kalitesinin daha kötü olduğu görülmektedir. Deneylerde kullanılan malzemelerin dövme öncesi sertlik değerleri sırasıyla satın alındığı haliyle AA1050 malzeme için BSD 28 ve yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmış AA2024 malzemenin sertlik değeri BSD 132 olarak ölçülmüştür. Ölçümlerde P/D 2 oranı esas alınmıştır. Dövülen malzemelerin sertlik değerleri dikkate alındığında ortaya çıkan pürüzlülük değerlerinin anlamlı olduğu görülmektedir. Aynı şartlarda sertliği farklı malzemelerde dövme işlemi gerçekleştiğinde yüzeyde oluşan plastik deformasyon miktarları farklı olacak ve bu durumda pürüzlülük değerleri de değişecektir. Bu sonuçlar daha önce yapılan çalışmalarda bulunan sonuçlarla uyum içindedir [3,12,13] Bilyeli Dövmenin Mekanik Özelliklere Etkisi Bilyeli dövme işlemi mekanik bir etki ortaya çıkardığından malzemede soğuk şekillendirme sonrası oluşan pekleşme sonucu sertlik ve mekanik özelliklerde değişim beklenmelidir. Bu etkiyi belirlemek amacıyla levha şekilli numunelerin her iki yüzünden dövme yapılarak çekme ve eğme deneyleri uygulanmıştır. S230 ve S460 bilye ile 120 ve 180 saniye süreyle çift taraflı dövülmüş AA1050 ve AA2024 malzemeden hazırlanmış deney numunelerinin çekme deneylerinden elde edilmiş akma dayanımı, çekme dayanımı ve % kopma uzaması değerleri sırasıyla Tablo 3 ve Tablo 4 te verilmiştir[10]. Tablo 3 ten görüldüğü üzere dövme şiddeti arttıkça, akma dayanımında çok anlamlı olmayan yükselme görülmekte, malzemenin kopma uzaması miktarında ise bir azalma dikkati çekmektedir. Bu değişim miktarları anlamlı büyüklükler değildir. Bu değişimler herhangi bir işlem görmemiş numunelerden elde edilecek sonuçlardaki değişimlerden daha büyük ve/veya küçük değildir. Bilyeli dövme işlemi sonrası dövülen malzemenin yüzeyinde deformasyon sertleşmesinden dolayı bir sertlik artışı ortaya çıkmaktadır. Bundan daha önemlisi yüzeyde basma artık gerilmesi oluşumudur [5,14]. Ancak bu sertlik artışının ve basma artık gerilmesinin oluştuğu kısım yüzeydeki en fazla 500µm lik bir tabakadır. Hacimsel bir etkiye sahip olan çekme deneyi özelliklerinin çok fazla değişmemesinin esas nedeninin bu durumdan kaynaklandığı düşünülmektedir. %A5 değerinde özellikle 180 s süreli dövmeler için düşme belirlenmiştir. Bu durum yüzey bölgesinde ortaya çıkan pekleşme ve yüzey pürüzlülüğündeki değişimden kaynaklanmaktadır. Bu durum hacimsel soğuk plastik deforme olmuş malzemeler için de geçerli olduğu bilinmektedir. 2591

81 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-221October 2017, Elazığ, Turkey Tablo 3. Bilyeli dövülmüş ve dövülmemiş AA 1050 malzemeden numunelerin çekme deneyi sonuçları Özellik Bilyeli Dövülmemiş S-230 Çift taraflı 120 s S-230 Çift taraflı 180 s S-460 Çift taraflı 120 s S-460 Çift taraflı 180 s Rp 0.2 (MPa) Rm ( MPa) %A 5 45,3 43,1 39,3 42,6 32,7 Tablo 4 ten görüldüğü üzere AA2024 malzemesi için bilyeli dövme işleminin akma dayanımına etkisi çekme dayanımına etkisinden daha anlamlı ve fazla bulunmuştur. Dövme süresi arttıkça bilyeli dövmede dövme kalitesini ve etkisini gösteren bir faktör olarak doyurma oranı artmaktadır. Bilyeli dövme işleminde hava basıncında bir değişiklik olmadığından ve bilye çapları sabit kaldığından dolayı dövme şiddetinde bir değişiklik olmamıştır. Dövülmüş ve dövülmemiş numunelerde özellikle çekme dayanımında değişim miktarları anlamlı büyüklükler değildir. Bu değişimler herhangi bir işlem görmemiş numunelerden elde edilecek sonuçlardaki değişimlerden daha büyük değildir. Kopma uzaması değerlerinde en fazla %27 mertebesinde düşüş belirlenmiştir. Bu rakam AA1050 malzeme için de %28 mertebesindedir. Bunun nedeni bilyeli dövülen numunelerin yüzey pürüzlülük değerlerinde önemli değişimlerin ortaya çıkmasıdır. Yüzey pürüzlülüğü bilye çapı büyüdükçe ve dövme süresi arttıkça kötüleşmektedir [1,12,13]. Bu durumda numunelerin yüzey bölgelerinde çok sayıda mikro boyutlarda gerilme yığılması bölgeleri oluşmaktadır. Bilyeli dövme işlemi esnasında yüzeyde soğuk plastik şekil değiştirme ile birlikte deformasyon sertleştirmesi sertlik değişimine, tek tek bilyelerin yüzeye çarparak bölgesel plastik deformasyona neden olması yüzey pürüzlülüğünde artışa, ince bir tabakada tane boyutu incelmesine ve hacimsel olmayan heterojen plastik deformasyon ise artık gerilme oluşumuna neden olmaktadır [15,16]. Bu nedenle bilyeli dövme işleminin AA2024 malzemede hem dayanım değerlerinde çok küçük oranda, hem de kopma uzaması değerlerinde düşüşlere neden olduğu sonucuna varılmıştır. Tablo 4. Bilyeli dövülmüş ve dövülmemiş AA 2024 malzemeden numunelerin çekme deney sonuçları Özellik Bilyeli Dövülmemiş S-230 Çift taraflı 120 s S-230 Çift taraflı 180 s S-460 Çift taraflı 120 s S-460 Çift taraflı 180 s Rp 0.2 (MPa) Rm ( MPa) %A 5 18,4 13,5 13,4 15,5 13,3 Eğme deneyleri bilyeli dövülmüş ve dövülmemiş numunelere serbest halde iki ucundan mesnetlenmiş basit kiriş şeklinde standartlara uygun halde yapılmıştır. Eğmeye zorlanan numunelerde hasar oluştuğu anda ölçülen ve dolayısıyla gerilmenin artışının durduğu andaki eğme açısı esas alınarak sonuçlar elde edilmiştir. AA1050 ve AA2024 malzemeden numunelerin eğme deneyi sonuçları Tablo 5 te verilmiştir [10]. Tablo 5 incelendiğinde AA1050 ve AA2024 malzemeden numunelerin dövülmemiş haldeki eğme açıları farklılık göstermektedir. Bu durum mekanik özellikler arasındaki farklarda olduğu gibi alaşım elemanların etkisi şeklinde açıklanabilir. Her iki malzeme grubunda da eğme açılarında belirgin ve dikkate alınabilecek değişimler belirlenememiştir. Dövme esnasında ortaya çıkan değişimler çekme deneylerinin sonuçlarının tartışıldığı kısımda verilmişti. Burada da benzer etkiler ortaya çıkmaktadır. Daha önceki yapılan çalışmalar [12,13] bilye çaplarındaki artışa bağlı olarak yüzey kalitesinde önemli değişimler ortaya çıktığını göstermiştir. Yüzey pürüzlülüğündeki kötüleşme erken, bir başka ifade ile daha küçük eğme açılarında kırılmaya neden olmaktadır. Her iki bilye çapı için çift taraflı bilyeli dövülmüş numunelerde ise eğilme açılarında çok önemli bir değişme görülmemekle birlikte kısmen yüzey pürüzlülüğünün etkisi gözlenmiştir. 2592

82 Determination of The Effect of Mechanical Surface Treatment on Some Properties of Aluminium Materials Z.Alkan, R. Varol, R. Selver Bundan başka eğme deney numunelerinin hazırlandığı malzemenin homojen ve izotrop olmadığı dikkate alındığında bu tür sonuçların elde edilmesinin çok doğal olduğu sonucunu ortaya çıkarmaktadır. Tablo 5. Bilyeli dövülmüş ve dövülmemiş AA1050 ve AA2024 malzemeden numunelerin eğme deney sonuçları AA1050 AA2024 Özellik Eğme Açısı ( ) Eğme Açısı ( ) Bilyeli dövülmemiş S230 Çift 120 s S230 Çift 180 s S-460 Çift 120 s S-460 Çift 180 s TEŞEKKÜR Bu çalışma, BAP 2308-D-10 Alüminyum Alaşımlarında Bilyalı Dövmenin Fiziksel, Mekanik, ve Yüzey Özelliklerine Etkisi başlıklı proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu projeyi destekleyen SDÜ BAP Yönetim Birimi Başkanlığı na teşekkür ederiz. KAYNAKLAR [1] Varol,R., 2024 Alüminyum Alaşımının Yorulma Ömrü Üzerine Farklı Bilyalı Dövme Parametrelerinin Etkisi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 1990 [2] Yılmaz, S.S. Demir Esaslı T/M Parçaların Yüzey Sertleştirme İşlemlerinin Fiziksel ve Mekanik Özelliklerine Etkisi. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi,2004 [3] Yılmaz, S.S., Ünlü, B.S., Varol, R., Borlama ve Bilyeli Dövmenin Demir Esaslı T/M Malzemelerde Aşınma ve Mikro Yapı Özelliklerine Etkisi, Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4.1., s [4] Dülek, E., Karataş, Ç., Bilyeli Dövülmüş Ç1020 Malzemede Kalıcı Gerilmenin Katman Kaldırma Yöntemi ile İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 18, s , 2003 [5] Savaş, S., Monitoring Variation of Surface Residual Stresses in The Shot Peened Steel Components by Magnetic Barkhausen Noise Method, Orta Doğu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2010 [6] Pfeiffer,W.,Gumbsch,P., Strenghening of silicon nitride ceramics by shot peening, Int. J. Of Materials Research, 97,2006,12,p [7] Frey,T., Pfeiffer,W., Shot peening of Ceramics:Dmage or Benefit, (erişim tarihi: ) [8] (erişim tarihi: ) [9] (erişim tarihi: ) [10] Alkan, Z., Alüminyum Alaşımlarında Bilyalı Dövmenin Fiziksel, Mekanik, ve Yüzey Özelliklerine Etkisi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 101 s, Isparta, 2014 [11] Brown, J., Shot peening increases gear life, Machine Design, (erişim tarihi: ) [12] Varol,R., Meriç,C., Bilyeli Dövme: Teori ve Uygulama, Mühendis ve Makine, C.34, Sayı:405, Ekim

83 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-221October 2017, Elazığ, Turkey [13] Varol, R., Tunay, R.F., Bilyalı dövülmüş AA2024 alüminyum alaşımının aşınma özellikleri, Yüzey işlem ve kumlama dergisi, sayı 2, s.36-40, 2001 [14] Meo, M., Vignjevic, R., Finite Element Analysis of Residual Stres Induced by Shot Peening Process, Advances in Engineering Software. 34, p ,2003 [15] Ünal, O., Bilyeli Dövme İşleminin Tane Boyutuna Etkisinin Deneysel İncelenmesi,Bartın Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2011 [16] Tekeli, S., Enhancement of Fatigue Strength of SAE 9245 Steel by Shot Peening, Materials Letters.57,p ,

84 Seebeck Coefficient of Dually Doped Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 for High Temperature Applications E. Kilinc 1,*, F. Uysal 1, M. A. Sari 2, E. Celik 2, 3, 4, H. Kurt 5 1 Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, Karabuk University, Karabuk, Turkey 2 The Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Nanoscience & Nanoengineering, Dokuz Eylul University, Izmir, Turkey 3 Center for Production and Application of Electronic Materials (EMUM), Dokuz Eylul University, Izmir, Turkey 4 Faculty of Engineering, Department of Metallurgical and Materials Engineering, Dokuz Eylul University, Izmir, Turkey 5 Faculty of Engineering and Architecture, Department of Mechanical Engineering, Necmettin Erbakan University, Konya, Turkey Abstract In this paper, high temperature Seebeck coefficients of dually doped Ca 2.7-x Ag 0.3 Ce x Co 4 O 9 (x = 0, 0.1, 0.2 and 0.3) oxide thermoelectric materials were investigated for thermoelectric applications. Powders were synthesized by sol-gel method and thermal and structural analysis of the powders were systematically performed for material characterization. Thermal behaviors of the powders were specified by Differential Thermal Analysis-Thermogravimetry (DTA-TG) for proper calcination processes. Phase structures of the powders were identified by X-ray Diffraction (XRD) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was utilized to determine chemical compositions of the powders. The powders were densified by hot isostatic pressing (HIP) for preparation of bulk samples. Seebeck coefficient values of the bulk samples were measured by using slope method at steady state conditions with a uniaxial 4-point contact arrangement. It can be seen from the phase spectra that 2θ peaks of Ca 2.7-x Ag 0.3 Ce x Co 4 O 9 (x = 0, 0.1, 0.2 and 0.3) correspond to the literature and typical Ca 3 Co 4 O 9 peaks. Successful doping of Ag and Ce into Ca 3 Co 4 O 9 was confirmed by XPS results. According to measurement results, Seebeck coefficient values of dually doped samples are higher than Ca 2.7 Ag 0.3 Co 4 O 9 while they are closer to literature value of Ca 2.7 Ag 0.3 Co 4 O 9. As a result, Ca 2.4 Ag 0.3 Ce 0.3 Co 4 O 9 has the highest Seebeck coefficient value of 191 µv/k at 585 C between the dually doped samples. These results show that dually doping is an effective way to increase the Seebeck coefficient values of Ca 3 Co 4 O 9. Keywords: Seebeck coefficient, sol-gel process, oxide thermoelectrics, thermal analysis. 1. INTRODUCTION Thermoelectric generators (TEGs) composed of thermoelectric (TE) materials have become the target of research studies on direct electricity generation from heat energy to recover waste heat in all segments of the * Corresponding author. Tel.: / address: (E. Kilinc). 2595

85 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey industry [1]. Thermoelectric devices convert thermal energy into electrical energy by constituting a temperature gradient between two ends of TEGs which is called the Seebeck effect[2]. Efficiency of a TE material is given by dimensionless figure of merit (ZT) given as zzzz = SS2 σσ κκ TT (1) where,sis the Seebeck coefficient (µv/k), σis the electrical conductivity (S/m),κis the thermal conductivity (W/mK), andt is the temperature (K)[3, 4]. Consequently, an effective TE material should have a high Seebeck coefficient and a high electrical conductivity associated with a low thermal conductivity[5]. In the last few decades, dopingwith appropriate elements has been used as abeneficialway toimprove the TE properties of a material[6]. Oxides has played a significant role as TE energy conversion materials in TE technology. Oxide TE materials are excellent applicants for hightemperature TE applicationsattributable to theirchemical stability in air at high temperatures up to 800 C[7]. Between these oxides, layered cobaltite Ca3Co4O9 has been regarded as a potential p-type TE material. In the last few decades, many studies[8-10] have been implemented in order to enhance ZT of these Ca3Co4O9-based TE materials. Among these studies, highest ZT value has been obtained as 0.5 at 1000 K for p-type Ca2.7Ag0.3Co4O9/Ag-10 wt.% composite [11]. In this study, compositions of Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) were synthesized using sol-gel method by dually-dopingca3co4o9with Ag and Ce on the Ca site for TEG applications. Consolidation of TE powders was performed using hot isostatic pressing (HIP) to obtain bulk samples. Characterization of the powders were performed by means of process regime, structural properties, and elemental composition. Thermal properties of the powders were characterized by Differential Thermal Analysis-Thermogravimetry (DTA-TG) in order to obtain appropriate calcination regime. Structural analysis of the powders was carried out using X-ray Diffraction (XRD) and results were compared with literature. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was used to specify elemental composition and empirical formula of the elements within the powders. In addition to chemical characterizations, Seebeck coefficient values of the bulk samples were measured from 323 K to 873 K to investigate the effects of dually doping of Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) samples. 2. EXPERIMENTAL PROCEDURE In this study, Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) powders were synthesized using sol-gel method. Calcium nitrate tetra hydrate (99%, Alfa Aesar), silver nitrate (ACS, 99.9+%, Alfa Aesar), cerium (III) nitrate hexahydrate (99.5%, Alfa Aesar), and cobalt (II) nitrate hexahydrate (ACS, Alfa Aesar) were used in stoichiometric ratios as starting materials. Distilled water was used as the solvent to dissolve each precursor to befully dispersed and form homogenous solutions. After obtaining separate solutions of the precursors, precursor solutions were mixed and magnetically stirred at 100 C to obtain final homogeneous solution. Citric acid monohydrate was used as the chelating agent to help xerogel formation. After gelation, obtained xerogel was dried at 200 C for 2 h to remove moisture and undesired gases. Thermal behavior of the dried powders was identified by a Perkin Elmer STA 6000 model DTA-TG instrument from ambient temperature to 900 C in air atmosphere with a heating rate of 10 C/min. Prior to XRD analysis, the dried powders were treated at 800 C for 2 h resulting as final Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) powders. XRD pattern of the final powders was identified by a Thermo Scientific ARL model X-ray diffractometer using Cu Kα irradiation (wavelength, λ = Å) in the range of 5 2θ 90 at a speed of 2 /min. A Thermo Scientific K-Alpha model XPS device with an Al Kα X-ray source between ev energy range was used to obtain XPS spectra with elemental composition of the powders. For the consolidation process, the powders were pre-shaped by a mechanical press at 120 MPa. As the next step, the samples were subjected to HIP at 900 C under Ar gas pressure of 100 MPa for 30 min using an AIP HP630 model HIP equipment for the fabrication of dense bulk materials. Seebeck coefficient measurements of the Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) bulk samples were performed between 323 and 873 K using slope method at steady state conditions with a uniaxial 4-point contact arrangement, where thermocouples are inserted through the heaters in direct contact with the sample [12]. In this case, Seebeck coefficient values of the samples were determined using chromel Nb thermocouples by applying a temperature gradient throughout the samples to oscillate between +7.5 K and -7.5 K. 3. RESULTS AND DISCUSSION DTA-TG analysis was achieved to specify thermal behavior of the Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) powders. DTA-TG inspectionwith a heating rate of 10 C per minute in air atmosphere until 900 C was applied to the dually-doped Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9powders dried at 200 C for 2 h in air. DTA curve shows two respectable peaks at temperature ranges of C and C in Fig. 1. Here, 2596

86 Seebeck Coefficient of Dually Doped Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 for High Temperature Applications:E. Kilinc, F. Uysal, M. A. Sari, E. Celik and H. Kurt endothermic peak at 405 C corresponds to burning of organic materials and decomposition of chelating agent. At this point, a significant weight loss starts as it can be seen in TG curve. Endothermic peak at 490 C on the DTA curve is related to the phase formation of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 powders and weight loss continues until this point in the TG curve. Any thermal treatment and weight reduction did not present after this temperature. Fig. 1. DTA and TG curves of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 powders dried at 200 C in air. XRD pattern of Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) powders manufactured by sol-gel method is shown in Fig. 2. Formation of crystalline structure for Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) particles was specified with matched diffraction peaks. 2θ peaks seen from the phase spectrum for each composition correspond to typical Ca3Co4O9 peaks and are agreeable with the literature [13]. In addition, average crystalline sizes of Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3) particles were determined using the intensities of the primary peaks of reflection at 2θ=33.38 by the Debye-Scherer equation [14] which is given as DD = 0.9λλ/ββββββββββ. Here, D is the average crystalline size, λ is the X-ray wavelength, β is the full width at half the maximum intensity, and θ is the Bragg s diffraction angle. Average crystalline sizes ofca2.7- xag0.3cexco4o9 particles were calculated using Debye-Scherer equation as 350.2, 323.2, and nm for (x = 0, 0.1, 0.2, and 0.3, respectively. According to the results, Ca2.6Ag0.3Ce0.1Co4O9 has the largest and Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 has the smallest crystalline sizes among all compositions. 2597

87 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Fig. 2. XRD spectra of Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 powders calcined at 800 C for 2 h in air. A wide scan XPS spectra of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 powders was assessed within the range of ev with an energy step size of 1.0 ev. Sharp peaks in the XPS spectra in Fig. 3confirm presence of Ca, Ag, Ce, Co, and O elements within the powder sample corresponding with the peaks. An additional peak corresponding to C is thought to be a result of reaction with CO2 in air. Table Ishows elemental analysis and quantification of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9powders including binding energies (BE) in ev with their corresponding full-width at half maximum (FWHM). Elemental analysis shows that Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9powders consist of 12.10% Co, 64.73% O, 4.51% Ag, 14.11% Ca and 4.55% Ce disregarding C. It can be noticed from the table that components of Co2p, O1s, Ag3d, Ca2p, and Ce3d are formed with binding energies of ev, ev, ev, ev, and ev, respectively. Although effect of Ag and Cedually-doping cannot be detected in the XRD pattern, presence of Ag and Ce dopants can be detected in the XPS spectra. Hence, dually-doping of Ag and Ce into Ca3Co4O9 was successfully achieved. Fig. 3. Wide survey XPS spectra of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 powders. 2598

88 Seebeck Coefficient of Dually Doped Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 for High Temperature Applications:E. Kilinc, F. Uysal, M. A. Sari, E. Celik and H. Kurt Table I. Elemental analysis and quantification of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 powders. Name Peak BE FWHM (ev) Area (CPS.eV) Amount (%) Co2p O1s Ag3d Ca2p Ce3d Seebeck coefficients of p-type Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0.1, 0.2, 0.3) over temperature were given in Fig. 4. The measurements were performed in the range of 50 C and 600 C. Since the Seebeck coefficients of each sample is positive, it means that the materials are p-type and dominant charge carriers are holes. According to the plot in Fig. 4, Seebeck coefficient of all the samples increased with increasing temperature in accordance with the literature value[11] given in the plot. Doping Ce +3 instead of Ca +2 for Ca2.7- xag0.3cexco4o9 decreased hole concentration in the samples and thereby caused an increase in Seebeck coefficient values. As it can be seen from the plot, Seebeck coefficient of Ca2.7Ag0.3Co4O9 increased due to the doping process and had the highest value at the sample of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9. Seebeck coefficients of this composition almost reached to the literature value. Since the Seebeck coefficients of all the samples were close to each other, doping amount of Ce was optimized at x = 0.3.These results show that compared to x = 0 sample,ce dually-doping is more effective to increase the Seebeck coefficient values. As a result, Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 can be a promising p-type thermoelectric material. Fig. 4. Temperature dependence of Seebeck coefficient for Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9. 4. CONCLUSION In this study, Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0.1, 0.2, 0.3) TE materials for high temperature thermoelectric applications were successfully synthesized using sol-gel method and bulk samples were obtained by HIP. Thermal behaviors of the powders were identified by DTA-TG analysis in order to specify process regime for the powders. Phase formation of the powders started after 490 C according to the DTA curve. High diffraction peaks in the XRD patterns of Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 (x = 0.1, 0.2, 0.3) powders showed that crystalline structureswere excessively formed. In addition, Ca2.6Ag0.3Ce0.1Co4O9 has the largest and Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 has the smallest crystalline sizes of and nm, respectively, among all compositions. The peaks corresponding to Ca, Ag, Ce, Co, and O in the wide survey XPS spectra of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9powders verified the presence of these elements in the powder sample. Although the peaks in the XRD pattern showed pure Ca3Co4O9, presence of Ag and Ce dopants could be detected in the XPS spectra. Hence, dually-doping of Ag and Ce into Ca3Co4O9 was successfully achieved. Thermopower 2599

89 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey values of dually-doped samples were investigated for high temperature applications. Doping Ce +3 instead of Ca +2 for Ca2.7-xAg0.3CexCo4O9 decreased hole concentration in the samples and thereby caused an increase in Seebeck coefficient values. As a result, Seebeck coefficient of Ca2.7Ag0.3Co4O9 increased due to the doping process and had the highest value at the sample of Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 (S = µv/k at 585 C). These results show that compared to x = 0 sample,ce dually-doping is more effective to increase the Seebeck coefficient values. Ca2.4Ag0.3Ce0.3Co4O9 can be a promising p-type oxide thermoelectric material. ACKNOWLEDGMENT This work was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) under project no. 115M579. We would like to thank to Dr. Umut Aydemir and Prof. G. Jeffrey Snyder at Northwestern University in Evanston, IL, USA for Seebeck coefficient measurements. Besides, we would like to thank the Center for Production and Application of Electronic Materials (EMUM) in Dokuz Eylul University in Izmir, Turkey for research collaboration. REFERENCES [1] Rouleau, O., Alleno, E., Measurement system of the Seebeck coefficient or of the electrical resistivity at high temperature,the Review of Scientific Instruments 84; , [2] Hamid Elsheikh, M., Shnawah, D. A., Sabri, M. F. M., Said, S. B. M., Haji Hassan, M., Ali Bashir, M. B., Mohamad, M. A.,Review on thermoelectric renewable energy: Principle parameters that affect their performance,renewable and Sustainable Energy Reviews30; , [3] Su, T., Zhu, P., Ma, H., Ren, G., Chen, L., Guo, W., Iami, Y., Jia, X., Electrical transport and high thermoelectric properties of PbTe doped with Bi 2 Te 3 prepared by HPHT,Solid State Communications138; , [4] Snyder, G. J., Toberer, E. S., Complex thermoelectric materials,nature Materials7; , [5] Lu, P.-X., Wu, F., Han, H.-L., Wang, Q., Shen, Z.-G., Hu, X., Thermoelectric properties of rare earths filled CoSb 3 based nanostructure skutterudite,journal of Alloys and Compounds505; , [6] Zhang, J., Xu, B., Wang, L.-M., Yu, D., Yang, J., Yu, F., Liu, Z., He, J., Wen, B., Tian, Y., High-pressure synthesis of phonon-glass electron-crystal featured thermoelectric Li x Co 4 Sb 12,Acta Materialia60; , [7] Holgate, T. C., Han, L., Wu, N., Bøjesen, E. D., Christensen, M., Iversen, B. B., Nong, N. V., Pryds, N., Characterization of the interface between an Fe Cr alloy and the p-type thermoelectric oxide Ca 3 Co 4 O 9,Journal of Alloys and Compounds582; , [8] Matsubara, I., Funahashi, R., Takeuchi, T., Sodeoka, S., Thermoelectric properties of spark plasma sintered Ca 2.75 Gd 0.25Co 4 O 9 ceramics,journal of Applied Physics90; 462, [9] Zhang, F. P., Zhang, X., Lu, Q. M., Zhang, J. X., Liu, Y. Q., Zhang, G. Z., Effects of Pr doping on thermoelectric transport properties of Ca 3 x Pr x Co 4 O 9,Solid State Sciences13; , [10] Zheng, Y., Zhou, H., Ma, T., Zuo, G., Li, H., Su, T., Wu, C., Huang, H., Wang, D., Yin, L., High-temperature themoelectric properties of Ag x Y y Ca 2.8 Co 4 O 9+δ ceramics,bull. Mater. Sci.37; , [11] Wang, Y., Sui, Y., Cheng, J., Wang, X., Su, W., Comparison of the high temperature thermoelectric properties for Agdoped and Ag-added Ca 3 Co 4 O 9,Journal of Alloys and Compounds477; , [12] Borup, K. A., de Boor, J., Wang, H., Drymiotis, F., Gascoin, F., Shi, X., Chen, L., Fedorov, M. I., Müller, E., Iversen, B. B., Snyder, G. J., Measuring thermoelectric transport properties of materials,energy Environ. Sci.8; , [13] Liu, H. Q., Zhao, X. B., Zhu, T. J., Song, Y., Wang, F. P., Thermoelectric properties of Gd, Y co-doped Ca 3 Co 4 O 9+δ,Current Applied Physics9; , [14] Rezaei, M., Khajenoori, M., Nematollahi, B., Preparation of nanocrystalline MgO by surfactant assisted precipitation method,materials Research Bulletin46; ,

90 Evaluation of Technical Factors in E-Learning regarding to Open Source LMS A. Varol 1,*, P. Hasan 2 1 software Engineering Department, College of Technology, Elazig, Turkey 2 software Engineering Department, College of Technology, Elazig, Turkey Abstract Market monopolies are one of the major threats for educational sector. To abide from market monopolies and employ internet resources, open source learning management systems are determining the technical factors in providing ideal solution for educational sector. Higher Education institution face defies to make suitable selection which fit to their requirements, as well examining and evaluation the effectiveness of open source LMS s are a complex issue. The main objective in our study is to override the difficulties by comparing best Open Source systems (OSS) LMS s and recommend a new open source learning system considering enhancement in recent trends, technology, quality assurance of instructional process and it s outputs according to targeted goals, This paper analyzed and compared five of the open source distance learning systems and summarize the some important recommendations and conclusions. Keywords: Distance Learning, Open Source systems (OSS), Learning Management System (LMS), and Virtual Learning Environment (VLE). 1. INTRODUCTION Distance Education provided major excitement to higher education institution to provide learning to new audience. Evolution in the distance learning was not easy. Distance education is worthy because it have more than one historical way to distance education. One main problem was acceptance and implementation of educational innovations. Distance education authorizes learners to choose from a wide set of Higher Educational Institutions and programs far away from their region [1]. Distance education is suitable for students who have other involvement or busy with their professional career. Learners have also opportunity to peer with the people around the world. Distance Learning decrease the geographical boundaries, tuition fee and living cost. To improve learning activities, many higher education institutions are utilizing learning management systems. According to Borderless Higher Education, some of the Higher Education Institution continue evolving their in house systems or buy into open source alternatives [2]. Learning Management Systems (LMS) plays the main role in distance learning, it is also known as Learning platform or Virtual Learning Environment (VLE). Due to latest improvements in communication and information technologies and increase in the usage of internet brought lot of opportunities to different fields. Based on the big change, Learning environment are capable to supply wide range of educational alternatives for learners [3]. address: (P. Hasan). 2601

91 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2. E-LEARNING E-Learning is the use of new multimedia technologies and Internet to improve the quality of learning by easing access to resources and services as well as collaboration and remote exchanges. The elearning is based on Special purpose Information System called Learning Management System (LMS), that it has been widely used in universities [4],[5]. We have to understand that the significance of elearning in the university s environment did not denote that it intends to replace the traditional Learning style, we mean e- Learning is not intended to substitute face-to-face classroom training but can be used to enhance traditional training [6] OPEN SOURCE The term open source indicate to both the practice and concept of making program source code available openly. Users and developers can access to customize the interface, add features or modify the source code and redistributing it [7]. Many open source features (Unrestricted distribution, low cost, Modifiable) distinguish it from closed or proprietary software. Advantages of Open Source is easy to use both for learner and trainee, cost effective solution, financial and forensic, simple to implement and maintain. Higher education institutions with budget constraints are very attracted to open source LMS [8] Reliability Most of the open source LMS s are tested by many software experts and developers. These LMS s are reliable in term of error / bug free. So it enhances the user s trust to rely on such software s [9] Flexible for user requirements Open source software updated considerably than proprietary software. These updates reflect the necessarily of users. Due to availability of source code users can modify the software according to their needs [10] Higher level of security Open source software supply the security according to user requirements because users have access to the codes and they are well knowing the security level of the software [11] Less dependency on vendors Comparative to proprietary software the open source software decrease the dependency on software vendors [12]. 3. FUNCTIONS OF LMS IN A LEARNING PROCESS. Reference [6] Defines LMS as software that automates the management of training events. According to [13], a learning management system is a web-based technology or software application used to plan, assess, and implement a specific learning process. In addition to those definitions, Reference [14] defines learning management system (LMS) as software medium that enables the delivery and management of learning content and resources to students. However an advanced e-learning system has to perform the following requirements [2]. Prerequisite handling, Content configuration and importing (SCORM, office file, IMS Content Package, java script, PHP). System access, roles, Permissions, and performance. Interfaces with external systems, customization. Standards, applications and language support. Performance analysis and Training infrastructure. Assessment authoring, coaching, mentoring, communication options and other Collaboration development scenarios. Development/learning plans and Competency management. Learner tracking. Certificates, forms, and surveys. 2602

92 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Ease of use for administrators, Trainer and Learner. Scalability. Vendor characteristics. User training, documentation and support. Media and content support. In the light of above mentioned functionalities, characteristic and features, when we analyzed these heading in specifics as described in tables below, the analysis displays that success rate goes up as the features and functions included in LMS raises 4. PROPOSED STUDY In this study, we chosen five Open Source LMSs among more than fifty according to UNESCO website. Furthermore, open source and non-commercial LMS was preferred because these software are free to use, study and modify. Features of all LMS s EFRONT, MOODLE, ATUTOR, CLAROLINE and ILIAS are carefully analyzed by utilizing the full access of various roles like Administrator, Teacher, and Learner of demo version from their websites. A detailed analysis is taken by creating different courses, creating activities and updating course contents e.g. Assessments. In providing optimal solutions Open source distance learning addresses the technical problems. Analyze and compare different open source learning management system to measure trends, needs and recommendations for educational sector for future evolution and provide support for higher education institutions that having budget constraints and searching for a suitable OSS learning management system.. TABLE I COMPARISON BETWWEN FIVE OF THE OPEN SOURCE LEARNING MANAGEMENT SYSTEMS (LMS) 2603

93 Evaluation of Technical Factors in E-Learning regarding to Open Source LMS / P.Hasan Version Stable Release License Technology Development System Support Installation, Maintenance, Service & Support Blogs Forums Documentation Tutorials FAQ Usability User Control & freedom Ease Survey & Form support Data Exchange tools EFRONT CPAL PHP, MySql, Apache Active Cross Platform Exists, large number of video tutorials available Quite good, customizable interface Visually attractive interface, easy to use Exists Import & export exists MOODLE ATUTOR GPLv 3 GPL PHP, MySql, Apache PHP, MySql, Apache Active Active Cross Platform Cross Platform Exists Exists, wide range of video tutorials available Quite good, Easily customizable menus, fonts, logos, colors, skins according to user choice. Good easily customizable by individual users Easy to use Easy to use Exists Exists Import & export exists for individual modules Import & export ILIAS CLAROLINE GPL GPL PHP, MySql, Apache PHP, MySql, Apache Active Active Cross Platform Cross Platform Exists Exists Customize able main menus Customize home page and the controls Easy to use Easy to use Exists Exists Import & export support exists Import & export support exists 2604

94 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Usage Statistics Multiple Language Support Functions Areas Assessment / Exams Backup & Restoring backup XML Support Compatibility to other standards e.g. SCORM, AICC Authoring / Content Editing Tools EFRONT 40+ Blended Self-Directed Collaborative Extensive test and wide range of question types are available Exists Exists SCORM 1.2 & 2004 support available HTML based content editor is available MOODLE 32 million users in 205 countries 80 Suitable for blended, self- directed and collaborative learning ATUTOR 23, Video Conference support & White board exists ILIAS Not available 22 Fewer features support blended learning CLAROLINE 115 countries & 2286 organizations 35 Suitable for blended learning. Many advance features are unavailable A secure window option for exams exists Supports 10 different type of question exams Exist 8 different type of question support exam Exists 9 different type of question support exams for establishing formula in learning modules Available Different exam types are available Backup is available, automatic backup on set date & time Exists Exists Does not exists Exists Exists Exists Does not exists SCORM & IMS, ELLG, LAMS, Open ID support available SCORM & IMS support available SCORM Support available SCORM Support available HTML based content editor is available HTML based content editor is available HTML based content editor is available HTML based content editor is available 2605

95 Evaluation of Technical Factors in E-Learning regarding to Open Source LMS / P.Hasan In Table I, one can easily observing that, MOODLE, ATUTOR and ILIAS stand out with their features among the other open source learning management system. This comparison shows that MOODLE, ATUTOR and ATUTOR have supporting flexible language and use statistics as an important factor includes in the selection of learning management systems. MOODLE have ability to track activities statistics along with rich graphs, user logging and reports as well advance access controls and security. MOODLE owns the collaborative tools like file transfer, forums, , white board, calendar, voice and video conferencing is available. Important dates and key dates can be set, also the system able to monitor activities. Important topic related to course or general problems or issues can discuss through chats and forums. MOODLE, ATUTOR and ILIAS have improved assessment system. Instructor can create single or multiple choice questions, Essay writing on random topics, true or false, matching questions, built in questions and numerical questions. ATUTOR can easily analyze student performance and can track progress. As elaborated in Table I, only MOODLE supports chat, external video conferencing, white board and file transfer tools which can be integrated with in the MOODLE and allow trainer and learner to setup meeting and discuss the issues and problems in particular assignment or course work. Virtual classes can be arranged by utilizing the web conferencing tools. In such software the supported Multimedia plays vital role for learner. MOODLE, ATUTOR and ILIAS support IMS and SCORM to reuse the contents and provide export facilities and flexible import. 5. CONCLUSIONS Wide range of functionalities provide by Open Source Learning Management System to assist learning process. The key points of our conclusive results is whether they had features such as Usability, Standardsoriented content importing such as IMS and SCORM, Multi Lingual Support, Collaboration features, Support for learning methods. MOODLE - The First Recommendation: In this study we analyzed and compared many Open Source LMS's and figure out that MOODLE is the appropriate choice because of its great features and fast improvement in quality that minimizes the Distance Learning troubles. MOODLE is popular because of its simple design and modular which guarantees its flexibility. It has multiple languages and open standards (IMS, SCORM) support, wide range of collaboration, authentication options and strong assessment features. MOODLE is also suitable for blended learning, self- based learning, and collaborative learning because of multimedia contents support, forums, wikis, chat facilities and video conferencing. A learner can obtain material or get help without visiting the college physically. Learner can get support by posting question in forum, by video conferencing or through chat or by searching relevant content from the former material. MOODLE is strong enough to support such kind of activities. To configure MOODLE in your environment you require to install open source software like (Apache server, MySql and PHP) which reduce the cost. ATUTOR - The Second Recommendation: ATUTOR is web base application developed by utilizing the open source technology (MySQL, PHP). It have built in support content authoring, course assessment and one of the most appropriate features for the distance learning is powerful collaboration features. It s also design for supporting multiple languages, easy to access and use. ATUTOR stands out as a second in Learning Management System which most suitable for the blended learning, collaborative learning and self-learning. ILIAS The Third Recommendation: ILIAS is also a web base learning management system developed by utilizing best open source technology (MySQL, PHP) and Apache is used as web server. ILIAS was progressed in German but it also supports numerous languages including English. ILIAS have a desktop for its learner containing information about s, notice, forum, notes, search engine and tests. Rich collaboration and communication tools (integrated content authoring, forums, group work system and chat) help ILIAS to emerge as a best choice for distance learning. 2606

96 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey REFERENCES [1] Hanafi, S. M. (2012). ENHANCING ONLINE LEARNING EXPERIENCE THROUGH A RIA BASED LEARNING APPLICATION. [2] Valentín, L. d. (2008). Collaborative Learning Models on Distance Scenarios with Learning Design: A Case Study. Eighth IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies. [3] Tirkes, c. c. (2010). Open Sources Learning Management System in E-learning and Moodle. [4] Alshomrani, S. (Mar 2012). Evaluation of Technical Factors in Distance Learning with respect to Open Source LMS. Asian Transactions on Computers (ATC ISSN: ) Volume 02 Issue 01. [5] Wong, D. (2007). A Critical Literature Review on e-learning Limitations [6] Jamil Ahmad Itmazi, G. (2005). A COMPARISON AND EVALUATION OF OPEN SOURCE LEARNING MANAGMENT SYSTEMS. IADIS International Conference - Applied Computing Algarve, Portugal Feb. [7] N. Ruiz Reyes, P. V. (2009). Comparing open-source e-learning platforms from adaptively point of view. IEEE. [8] Jamil Ahmad Itmazi, G. M. (2005). A comparison and evaluation of open source learning management systems. IADIS International conference. Algarve-Portugal. [9] NADIRE CAVUS, H. U. (2007,). ASSESSING THE SUCCESS RATE OF STUDENTS USING A LEARNING MANAGEMENT SYSTEM TOGETHER WITH A COLLABORATIVE TOOL IN WEB-BASED TEACHING OF [10] Dr. Richard D. Jones. (2008). Strengthening Student Engagement. International Center for Leadership in Education.PROGRAMMING LANGUAGES. J. EDUCATIONAL COMPUTING RESEARCH, Vol. 36(3) , [11] L. Nagela*, A. B. (2009). Read-only participants: a case for student communication in online classes. Taylor & Francis. [12] N. Pankaja1, M. R. (2013). Proprietary software versus Open Source Software for Education. American Journal of Engineering Research (AJER). [13] Zainuddin, N. A. (2005). Innovation for Better Teaching and Learning: Adopting the Learning Management System. Malaysian Online Journal of Instructional Technology. [14] Martin, F. (2008). Blackboard as the Learning Management System of a Computer Literacy Course. MERLOT Journal of Online Learning and Teaching. [1] Website of efront Demo Version, retrieved on January [15] Website of MOODLE Demo version, retrieved on January 2012http://moodle.org/. [16] Website of atutor Demo version, retrieved on January [17] Website of ILIAS Demo version, retrieved on January [18] Website of CLAROLINE Demo version, retrieved on January

97 Target Detection with a Gas Detection Sensor of a Four-legged Robot A. B. Tatar 1,*, O. Yakut 2 1 Department of Mechatronics Engineering, Firat University, Elazig, Turkey 2 Department of Mechatronics Engineering, Firat University, Elazig, Turkey Abstract Today, four-legged(quadruped) robot studies are being done by mimicking the behavior and behavioral characteristics of animals such as cats, dogs and horses. In this study, the sense of smell of a dog was gained to robot with the alcohol gas sensor placed in the head of the designed robot. This study aims to contribute to the study of narcotics robot dogs which are thought to be beneficial to the use of police department in narcotic units. For this purpose, simulations have been carried out by writing a simple direction finding algorithm to find the target. Kinematic and dynamic analyzes of each of the pendants of the designed robot were made and the simulations were repeated by applying the classical PID control method to the joints. MATLAB package program is used for simulations. System responses were obtained graphically and the results were examined. Keywords: Four-legged robot, narcotics dog, gas sensor. 1. INTRODUCTION Dogs used in the narcotic practices of the security forces are indispensable in the fight against the crime. Thanks to their very special sense of smell skills, they are known by everyone they can achieve the impossible. However, it should not be forgotten that they may eventually face a number of environmental factors and they are alive. In this case, the question comes to mind is whether a quadruped robot with similar functionality can be used in such situations. For this, the most important feature that the robot should have is to gained the sense of smell. However, today, a sensor that can detect the smells of human nose can not be developed yet. Nevertheless, we believe that this problem will be solved with technological improvements in the future. This passed process does not prevent the infrastructure of smell-sensing robot works can be prepared. Therefore, in this study, an alcohol gas sensor, which can sense the nose function, is decided and properly placed in the lower part of the head of the robot. Thus, a different functionality has gained to designed robot. By measuring the intensity of alcohol in the environment with the alcohol gas sensor, the robot can be provided to give the desired response in the area. In fact, the feature which is gained to the robot; it is important to put forward that the designed robot can do the tasks what the narcotic dogs can do and give an idea about the works which can be done about this subject. The orientation of this robot to the areas where alcohol gas is present; can be considered as the same task as narcotic dogs to detecting the areas containing narcotics. However, in today's sensor technology, the absence of sensors that can detect drugs, such as heroin, cannabis, etc. can not make it possible for the robot to detect drugs. Despite this, in terms of algorithm, design and function, the ground for using the robot for such a purpose is prepared by using the gas sensor. This work, which is supposed to contribute to the work to be done on topics involving quadruped robots, consists of a simple algorithm written to analyze the robot joints and the robot to reach a specified target. For this study, a quadruped robot was designed and a prototype was produced for use in practices. Direct and inverse kinematic equations are obtained for both legs of robot. In addition to this, dynamic behaviors of joints were obtained with mathematical models. The control torques need to be applied to the joints are theoretically calculated using the conventional PID controller. * Corresponding author. Tel.: /6356 address: (A.B.Tatar). 2608

98 8th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey The simulations demonstrating the success of capturing the reference points of the robot joints were realized through the MATLAB package program and the simulation responses were obtained graphically. A 3D drawing with the SolidWorks package program of the quadruped robot,whose prototype was produced, is in Fig. 1-a. The image of the robot, which is used in the application, is in Fig. 1-b. Fig. 1-a SolidWorks drawing of the quadruped robot Fig. 1-b The image of the quadruped robot MG995 RC servo type electric motors are used to drive the leg joints of robot that produced the prototype for practice. An MQ-3 alcohol gas sensor was placed to provide smell detection capability in the front lower region of the head of the robot. In addition, HC-SR04 ultrasonic sensor is placed on the head of the robot. This allows the robot to detect obstacles that the robot may encounter while moving. 2. ROBOT KINEMATICS The relationship between the joints and movements of the robot's links is expressed by robot kinematics. Kinematic expressions are of great importance in robotic systems. Velocity, force, torque and acceleration analysis of the robot are made with robot kinematics [1]. The installation image of the robot leg in which the physical model is created and the positioning of the axis sets are given in Fig 2. Fig. 2 Axial placement of robot leg The link lengths and masses of a leg of a quadruped robot are given in Table I. 2609

99 Target Detection with a Gas Detection Sensor of a Four-legged Robot, A.B. Tatar Elazığ, Turkey Table I. Parameters of robot leg Link Dimensions [m] Mass [kg] a1 a2 0, The kinematic equations of the quadruped robot s leg mechanism used in this study are given in Table II using the Denavit-Hartenberg[2] method. Table II. D-H table of quadruped robot s single leg Axis θ i d i a i α i 1 θ π/2 2 θ 2 0 a θ 3 0 a 2 0 The transformation matrix, which will be generated in the direction of the parameters of each joint of the robot leg, A i = Rot(z, θ i ) Trans(0,0, d i ) Trans(a, 0,0) Rot(x, α i ) (1), C 23 C 1 S 23 C 1 S 1 C 1 (a 2 C 23 + a 1 C 2 ) 3 T = C S 23 1 S 23 S 1 C 1 S 1 (a 2 C 23 + a 1 C 2 ) 0 S 23 C 23 0 a 2 S + a S (2) the transformation matrix that determines the position of the end point of the robot leg relative to the body is obtained. If the coordinates of the end points of the robot are known, then inverse kinematics operations are needed to determine the joint angles Accordingly, the inverse kinematic equations expressing the angle value of each joint are obtained in the form of (3), (4) and (5) by making the necessary operations. n y θ 1 = arctan ( θ = arctan ( 2 n x ) a z a cosθ +a sinθ ) x 1 y 1 θ = arctan ( o z sinθ 2 +o x cosθ 1 cosθ 2 +o y sinθ 1 cosθ 2 o cosθ +o cosθ sinθ +o sinθ sinθ ) (5) 3 3. ROBOT DYNAMICS z 2 x 1 2 y 1 2 The dynamic of a robot arm mechanism in robotics can be explained by the equations formed by the motion of that mechanism and the expression of the results in mathematical form. Dynamic analysis of the robot mechanism can be expressed as an examination of the relationship between moment or force magnitudes applied to the joints by the actuators (motor, etc.) and the position, velocity and acceleration of the mechanism with respect to time [3]. The dynamic model of the leg mechanism used in this study was obtained by using the Lagrange-Euler method. The equations of motion in the Lagrange-Euler method are based on the principle of the change in the total energy of the (3) (4) 2610

100 8th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey objects in the kinematic chain. Therefore, dynamic analysis is performed by calculating the kinetic and potential energy of the system during movement. In order to construct the dynamic model, it is necessary to obtain torque equations which express the speed, acceleration and torque values that each joint has. dd (qq, qq ) (qq, qq ) = ττ 1 ii = 3 (6) dddd ii ii In the above expression, the Lagrange equation is used to obtain the torque equations expressing the torque values of each joint of the robot leg. qq in the equation is a symbol that expresses the angle values that indicate the position that each joint has. qq 1 represents the angular velocity, which is the position derivative (qq 1 = ww ). ττ is a symbol that represents the torque values that each of the joints should produce for motion., represents the degree of freedom of the system. = 3 because the robot s leg has 3 degrees of freedom. The parameters used when creating the dynamic model are created in matrix form as follows [4]. dd (qq, qq ) = (qq) qqq + nn [ (qq)/ ] qqq (7) nn nn dddd =1 =1 =1 kk ii TT Where (qq); refers to the total inertia of the system. Formulas to be used for calculating the total inertia of the system are given in (8) and (9) below. According to these equations, when the total inertia of each joint is calculated and summed, the total inertia of the system is found. (qq) = ( ) TT + ( ) (8) (qq) = 1 (qq) + 2 (qq) + 3 (qq) (9) The of the presence leg mechanism. of the parameters and, refers to the masses in the of above the leg s expressions links. Accordingly, depends on the the information following Jacobian of the Jacobian matrix matrix be can written for a robot's single leg. J 3 = - a 1 S 1 C 2 (a 2 / 2)S 1 C 23 a 1 C 1 C 2 + (a 2 / 2)C 1 C a 1 C 1 S 2 (a 2 / 2)C 1 S 2 C 3 (a 2 / 2)C 1 C 2 S 3 - a 1 S 1 S 2 (a 2 / 2)S 1 S 2 C 3 (a 2 / 2)S 1 C 2 S 3 - (a 2 / 2)S 2 S 3 + (a 2 / 2)C 2 C 3 + a 1 C 2 S 1 C (a 2 / 2)C 1 C 2 S 3 (a 2 / 2)C 1 S 2 C 3 - (a 2 / 2)S 1 C 2 S 3 (a 2 / 2)S 1 S 2 C 3 - (a 2 / 2)S 2 S 3 + (a 2 / 2)C 2 C 3 S 1 C 1 0. (10) The the robotics Jacobian during matrix the expresses movement the of linear the link velocities and the that angular are the velocities first 3 lines at which ( ) the of joints the jacobian have the matrix last 3 (6 lines x n) ( in ). In order to find the massic moment of inertia due to the link geometry; = ( TT (11) ) this formula is used. In this study, it is assumed that the robot's leg is a flat bar. Accordingly, the total inertia of all three joints of the robot leg is obtained in the form of (12) ((m 1 (a 1 ) )/ 3)(C 2 +1) + ((m 2 (a 2 ) )/ 3)C 23 + m 2 (a 1 ) C 2 + m 2 a 1 a 2 C 23 C D(q) = 0 ((m 1 (a 1 ) )/ 3) + ((m 2 (a 2 ) )/ 3) + m 2 (a 1 ) + m 2 a 1 a 2 C 3 m 2 (a 2 ) + m 2 a 1 (a 2 / 2) C 3 0 (m (a ) 2 )/ 3 + m (a ) 2 + m a (a / 2)C (m (a ) 2 )/ It is necessary to apply the derivative operations required for each term of the Lagrange equation. dd (qq, qqq ) = (qq) + nn nn [ nn (qq)/ ] = (qq)qq + [ (qq)/ ] qq (13) (12) ddtt ii =1 =1 =1 kk 2611

101 Target Detection with a Gas Detection Sensor of a Four-legged Robot, A.B. Tatar Elazığ, Turkey (qq, qqq ) = nn nn ([ (qq)/ ] qqq )/2 + nn nn (qq) (14) ii =1 =1 ii =1 =1 As a result; All operations, calculations, solutions; To obtain the torque equations which are the most basic parameters that must be obtained in order to make the dynamic analysis, that is to form the dynamic model. As a result of these operations, torque expressions are obtained from independent motion equations of each addition. 2612

102 8th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey ττ = θθ θθ [( 3 ) 1 a a a 1 a a 1 a ( ) 3 2 a ( a 1 a a 1 a ( ) 2 a ) 2 a ( ) 2 a ] + θθ θθ [ 3 ] ( ) 2 a ( ) 2 a a 1 a 1 θθ 1 [( ) 1 a ( ) 1 a 2 23 ) + 2 a a 1 a ] 9.81 [ 1 ( ) 1 1 ( a 2 ) 2 2 a ( 2 ) ] (15) ττ = θθ 2 [( ) 1 a 1 + ( ) 2 a a a 1 a 2 3 ] + θθ 3 [( ) 2 a 2 + ( ) 2 a 1 a 2 3 ] + θθ θθ [ 2 a 1 a 2 3 ] ) 2 a 1 a 2 3 ] θθ [ ( ) 1 a ( ) 2 a ( ) 2 a ( ) 2 a θθ [ ( a a a 1 a a 1 a ] / [ 1 ( 2 ) a ( 2 ) ( a 2 ) ] + θθ [( ) aa ] + ττ = 2 [( ) 2 aa aa 1 ( ) 2 aa 1 aa 2 3 ] θθ θθ [ aa ] aa 2 θθ ( 1 [ ( 2 aa ( 2 aa ( 2 ( ) ) ) ) tt a 2 aa aa aa 1 aa ] θθ [ 2 aa 1 aa 2 3 ] θθ θθ [ 2 aa 1 ( 2 ) 3 ])/ [ 2 ( 2 ) ] (17) 4. ROBOT CONTROL Closed loop control system used in a system; systems where a control signal at the system input is generated depending on the difference between the reference signal and a sign generated from the output signal or the output signal. Closed control system can also be called "feedback control system" [5]. Commonly used classical PID control method has closed loop control structure. According to the PID control method, the control signal can be calculated by expression (18). ( ) =. ( ) +. dd ee(tt) dd dd tt +. tt ( ). (18) Hereby, expresses proportional gain, dd ; derivative gain, ; integral gain and ( ) expresses the error value. The control block diagram of each standalone joint of the robot leg is shown in Fig. 3. The quadruped robot s single leg has reference to the angular positions of some of the joints detected for an orbit that should be followed by the leg. PID control is applied so that the joints can catch these specified reference points. The PID controller can easily be understood not only the presence of the fault in the system, but also how much the fault is at the same time and the fault giving an output signal based on the tendency to increase or decrease the moment. The proportional, derivative and integral coefficients determined for each joint in the designed controller were determined by trial and error technique. The simulations were performed using the Runge-Kutta numerical approximation method developed in the MATLAB package program. The Runge-Kutta method is a commonly used method for numerical solutions of differential equations [6]. (16) 2613

103 Target Detection with a Gas Detection Sensor of a Four-legged Robot, A.B. Tatar Elazığ, Turkey Fig. 3 Block diagram of the designed control system 2614

104 8th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey In this study, simulations were performed using the dynamic equations obtained above. First, the joints were checked fort he reference positions 1 = 25, 2 = 30 and 3 = 40 and the system responses, time-wise angular displacements and time-to-error changes are shown for each joint in Fig. 4. Fig. 4 System and error responses for specified Q 1 = 25, Q 2 = 30 and Q 3 = 40 reference positions According to the obtained results, the reference values were successfully captured with very low error and in a very short time. However, it is clear that there are also some oscillations. The coefficients of control parameters were obtained by trial and error technique. With the use of any optimization technique, better results can be achieved if these parameters are determined. Visualization of the leg character as a result of the simulation performed is presented in Fig. 5 with a simple animation Fig. 5 The animation obtained for the Q 1 = 25, Q 2 = 30 and Q 3 = 40 given in the robot s leg 5. TARGET DETECTION AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE ROBOT The kinematic equations obtained above are used to determine the desired reference angles in the realization of the leg movements of the robot. In this study, the prototype robot produced for practical purposes is guided by forwardbackward advance and right-left rotation commands while moving in a specified planar working area. In order to make these advancing and turning movements of the robot, it is profited by walking patterns of the quadruped robots. In order for these walking patterns to be carried out by the robot, the reference values of the angles of the joints are determined individually for each movement. The MG995 servo-type electric motor, which is installed for driving the joints of the robot used in the application, has an electronic control unit inside it. Therefore, it is sufficient to transmit the reference angle values to be made to the leg joints of the robot to the related servo motor. These reference signals, which are transmitted to the servo motor, consist of logical electrical magnitudes with low voltage level. Arduino Mega ADK is used as a microcontroller to control the movement of the prototype robot. To be able to demonstrate the correctness of the code fragment loaded into the microcontroller, at first these codes were tested on the MATLAB package program and its accuracy has been tested. The algorithm of the written code is prepared based on Secant[7] method as will be remembered from numerical analysis techniques. Here, the movement of each step while the robot advancing, it can be considered as an iteration of program. Therefore, by measuring the difference 2615

105 Target Detection with a Gas Detection Sensor of a Four-legged Robot, A.B. Tatar Elazığ, Turkey in gas intensity level between two consecutive iterations, the robot is directed according to the sign of this difference. If this difference sign is positive, the result of the robot moving towards the target source is reached. If the sign of the difference is negative, then it is determined that the wrong direction is being taken and the direction of the robot is immediately changed. In such a case, the robot will have to make a right or left turning motion. In order to avoid any complexity, it has always been decided that the algorithm should turn to the right when it is necessary to turn the robot. The flowchart of the algorithm prepared for reaching the target of the robot is shown in Fig. 6. Fig. 6 Flowchart of the target detection algorithm In order to reveal the correctness of the algorithm, in order that be able to simulate in the MATLAB package program, the gas density level is calculated in terms of the distance to the target position of the robot. The simulations were repeated for several different points determined within the working area and the results are presented graphically. In the simulations, the study area is assumed to be 50 unit in the x-direction and 50 unit in the y-direction, and the size of each unit is taken as 33 cm. To find the target in each simulation, the point at which the robot starts moving is chosen as x = 25 and y = 25, which is the exact midpoint of the working area. Only two of the simulations performed with the MATLAB package program are presented in this study. First, it is expected that the target source point is located at x = 42 and y = 46 units, and destination point should be found by searching with this algorithm. The changing graphics of the error value that defines the distance from the reference, which depends on the trajectory at the end of the simulation and iteration, are given in Fig. 7. Fig. 7 Reaching the robot s x = 42, y = 46 target and conversion of the error while reaching its target As another goal, it is expected that the source point is located at x = 13, y = 2 units, and that the target point is also found by searching with this algorithm. The changing graphics of the error due to the iteration and tracked trajectory at the end of the simulation is shown in Fig

106 8th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Fig 8. Reaching the robot s x = 13, y = 2 target and changing the error while reaching the target According to the graphical results obtained from the simulations, the target can be determined successfully and it is obvious that the error has a tendency to decrease depending on the iteration. Looking at the observed trajectory, it is understood that the circular motion is performed without a direct orientation to the target. Accordingly, it has been concluded that this algorithm should be tried on the prototype robot. This algorithm, which has been tested for accuracy, has been practically tested on the prototype robot by loading the microcontroller. For this reason, the cologne poured into a certain area in a closed area and the formation of alcohol gas in the environment. Using the alcohol gas sensor installed in the prototype robot, the region of the alcohol gas source in the environment was expected to be detected by the robot with the help of the loaded algorithm. However, the results obtained on the robot are lower success than those obtained from the simulations performed with MATLAB. It was seen that the robot have difficulty to detect the area where the alcohol gas source is located and occasionally came closer to the region. Bu sonuca etki eden birçok nedenin olduğu düşünülebilir. Of course, the effects of the decision for the appropriate region where the sensor is to be placed on the robot should not be overlooked, with parameters such as the sensitivity of the alcohol gas sensor, the response time of the sensor showing the change in alcohol concentration. 6. CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS In this study, a quadruped robot was designed and was built its prototype. The kinematic and dynamic analysis of the robot was performed and the classical PID control method was theoretically applied. The simulations were performed in the MATLAB package program and the results are presented graphically. An alcohol gas sensor is placed on the prototype quadruped robot and it is aimed to detect the area where the alcohol gas source is located in a closed and planar working area. In order to demonstrate the success of the algorithm to be used in determining the target; first, simulations were performed in the MATLAB environment and then practically tested on the prototype robot. According to the observations obtained on the robot during experimental studies, the success achieved from MATLAB simulations was not fully captured. It is thought that this is due to various parameters related to the alcohol gas sensor as well as environmental factors. Future technological developments in gas and smell detection sensors will enable more efficient and successful results in such studies. However, this process does not prevent the infrastructure of smell-sensing robot work to be prepared. RESOURCES [1] Krishna and Gupta.,1997. Mechanics And Control of Robotics, Mechanical Engineering Series, University of Illinois, Chicago. [2] Denavit, J., Hartenberg R. S., A kinematic notation for Lower-pair mechanisms based on matrices. ASME Jappl. Mechan. pp [3] Altan, A., 2011, RPR eklem yapısına sahip bir robotun dinamik denklemlerinin vektör-matris formda türetilmesi, p.1, Hitit Üniversitesi. [4] Schilling, J., R.,Fundamentals of robotics analysis and control, Prentice hall of India, p , [5] MEGEP, 2009, Endüstriyel otomasyon teknolojileri, Kapalı çevrim kontrolü; MEB, p.3, Ankara. [6] Rice, J., R., 1983, Numerical methods, software and analysis, ThriftBooks Warehouse, Mc-Graw Hill, New York. [7] Levy, D., 2010, Introduction to numerical analysis, CSCAMM, p.15, University of Maryland. 2617

107 Effect of Laser Powers on The Microhardness and Impact Toughness of Fiber Laser Welded Ti-6al-4v Alloy C. Köse 1,*, E. Karaca 2 1 Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat, Türkiye 2 Fen Bilimleri Enstitüsü, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat, Türkiye Abstract In this study, Ti-6Al-4V titanium alloy plates were joined using robotic fiber laser welding method. Laser welding process was carried out at two different laser powers. Effects of different heat input conditions on microhardness and impact toughness properties of robotic fiber laser welded joints were investigated. As a result of this study, microhardness value of sample joined using high laser power was lower than that joined using low laser power, but its impact toughness was higher. Keywords: Titanium, Ti-6Al-4V, fiber laser welding, mikrosertlik, impact toughness. 1. GİRİŞ Ti6Al4V alaşımı titanyum alaşımları arasında en çok kullanılan alaşım türüdür. Ti6Al4V alaşımı düşük yoğunluk, ısıl direnci, yüksek mekaniksel dayanım, korozyon dayanımı ve biyouyumluluk özelliklerine sahip olması nedeniyle pek çok kullanım alanına sahiptir [1,2]. Ti6Al4V alaşımı, jet motorları, uzay araçları, füze, otomotiv endüstrisi, basınç kazanı, ortodonti, medikal implant ve cerrahi aletlerin yapımı gibi pek çok uygulamalarda kullanılmaktadır [1]. Ti6Al4V alaşımı, TIG, sürtünme, sürtünme-karıştırma, plazma ark, elektron ışın, lazer kaynağı gibi pek çok yöntemle birleştirilebilmektedir [1]. Ancak, titanyum ve alaşımlarının kaynağında dikkat edilmesi gereken bazı noktalar bulunmaktadır. Kaynaklı birleştirme işlemi yüksek ısı girdisiyle gerçekleştirilmesi durumunda kaynak dikişinde tane irileşmesi ve porozite oluşumlarıyla karşılaşılabilmekte, çok düşük ısı girdisiyle birleştirmede ise kaynak metali baskın bir şekilde sert ve gevrek bir yapı olan martenzitik mikroyapıdan oluşum göstermektedir [1,3]. Lazer kaynak yöntemi düşük ısı girdisi, yüksek yoğunlaşma enerjisi, yüksek kaynak ilerleme hızı, dar kaynak bölgesi, derin nüfuziyetli birleştirmeler elde edilebilmesi, yüksek mekanik dayanım, düşük distorsiyon ve ilave metal kullanmadan kaynak yapabilme imkanından dolayı geleneksel kaynak yöntemlerinden ayrılır [4,5]. Fiber lazer kaynak yöntemi ise; düşük ışın sapma oranı, fileksibl ışın dağıtımı, düşük bakım maliyeti, yüksek verimlilik ve yüksek kaliteli kaynaklı birleştirmeler sunmaktadır [6]. Bu çalışmada, lazer kaynak işlemi iki farklı lazer gücüyle gerçekleştirilmiştir. Farklı ısı girdisi şartlarının, robotik fiber lazer kaynaklı birleştirmelerin mikrosertlik ve darbe tokluğuna etkileri incelenmiştir. * Tel: ; Faks: , ( C. Köse ve E. Karaca) 2618

108 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2. DENEYS EL ÇALIŞMALAR 2.1. Malzeme ve Kaynak İşlemi Bu çalışmada, endüstrinin birçok alanında tercih edilen, kimyasal bileşimi Tablo 1 de verilen Ti6Al4V alaşımı kullanılmıştır. Tablo 1. Ti6Al4V alaşımının kimyasal bileşimi (%ağırlık) %C Al V Fe N O H Ti Kalan Deney malzemesi, 100x330x4mm3 ölçülerinde kaynak işlemine hazır duruma getirilmiştir. Deney numuneleri Tablo 2 de belirtilen parametrelerle, 4 kw gücüne sahip FANUC ROBOT R-2000 ib 210F marka Nd:YAG fiber lazer kaynak makinesiyle yatay pozisyonda ve ilave metal kullanılmadan birleştirilmiştir. Numune Lazer gücü (W) Tablo 2. Lazer kaynak parametreleri Kaynak hızı (mm/s) Koruyucu gaz Gaz basıncı (bar) Odak mesafesi (mm) Isı girdisi (kj/mm) A He B He Çentik Darbe Deneyi Testi ve Mikrosertlik İncelemeleri Birleştirmelerin darbe tokluklarını belirleyebilmek için her bir parametre için 4 er adet çentik darbe testi numuneleri ISO 9016: 2012 standartlarında hazırlanmıştır. Darbe çentik testi, oda sıcaklığında ALŞA marka deney cihazıyla gerçekleştirilmiştir. Sertlik ölçümü ise, GALILEO marka ölçüm cihazında uca 15 saniye 200g yük uygulanarak belirlenmiştir. Darbe deneyi sonrası kırılma yüzeyi görüntüleri, JEOL JSM 6060 LV marka taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 3.1. Çentik Darbe Testi Ana malzeme ve lazer kaynaklı numunelerin oda sıcaklığında darbe dayanımları çentik darbe testiyle belirlenmiştir (Şekil 1.). Sonuçlar incelendiğinde, ana malzemenin darbe tokluğu, lazer kaynaklı numunelerden daha yüksek bulunmuştur (17J). Yüksek lazer gücüyle diğer bir deyişle yüksek ısı girdisiyle birleştirilen numunenin darbe tokluğu, düşük ısı girdili numuneden daha yüksek bulunmuştur (15J, 14J). Bu sonuçlara benzer sonuçlar elde eden araştırmacılar da, titanyum alaşımlarının darbe tokluğunu arttırmak için, düşük kaynak hızı veya yüksek lazer gücü kullanılarak, ısı girdisinin arttırılmasıyla birlikte martenzit yapısının asiküler α veya Widmanstatten α tane yapısına dönüştürülmesi gerektiğini vurgulamaktadır [7]. Soğuma hızı α+β alaşımlarının mekaniksel özelliklerini önemli derecede etkilemektedir. Hızlı soğuma koşullarında ince yapılı α plateletlerin oluşmasıyla toklukta düşüşlerin yaşanacağı, düşük soğuma şartlarında ise α plateletlerinin irileşmesi ile birlikte çatlak yayınımının yönü değiştirilerek toklukta iyileşmelerin yaşanacağı araştırmacılar tarafından vurgulanmaktadır [1]. 2619

109 Fiber Lazer Kaynağı ile Birleştirilen Ti-6Al-4V Alaşımının Mikrosertlik ve Darbe Tokluğuna Lazer Gücünün Etkisi, C. Köse ve E. Karaca Şekil 1. Darbe deneyi sonuçları Darbe deneyi sonucunda ana malzeme ve kaynaklı numunelerin kırılma yüzeyleri SEM ile incelenmiştir (Şekil 2). Ana malzeme sünek kırılma biçiminde, lazer kaynaklı numunelerin ise tanelerarası kırılma ile birlikte klivaj kırılma biçiminde kırılmaların gerçekleştiği çukurcuk (dimples) azalışlarından açık bir şekilde anlaşılmaktadır. (a) (b) (c) Şekil 2. Çentik darbe deneyi sonrası kırılma yüzeyi SEM görüntüsü, (a) ana malzeme, (b) A numunesi ve (c) B numunesi Mikrosertlik Lazer kaynağı geleneksel kaynak yöntemlerine göre yüksek güç yoğunluğuna sahip olması nedeniyle, düşük ısı girdisi ve hızlı katılaşma oluşturması sebebiyle, kaynaklı birleştirmelerde yüksek sertlik değerleri elde edilir. Kaynaklı birleştirmelerdeki sertlik dağılımı mikroyapı ile doğrudan ilişkilidir, mikroyapıdaki martenzit 2620

110 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey yapı, Ti6Al4V alaşımının ITAB ve kaynak metalinin sertlik artışındaki en önemli faktördür. Farklı lazer gücüyle yani farklı ısı girdisi ile birleştirilen numunelerin ortalama sertlik değerleri incelendiğinde (Şekil 3), kaynak metali ve ITAB sertliğinin ana metalden daha yüksek değerlerde olduğu belirlenmiştir. Şekil 3. Kaynaklı birleştirmelerin sertlik dağılımları α+β ana malzeme tane yapısına göre ITAB ve kaynak metalinde daha sert ve ince asiküler α' martenzit tane yapısı oluşması bu sonuca neden olacağı araştırmacılar tarafından bildirilmiştir [8]. Yüksek lazer gücüyle gerçekleştirilen birleştirmede, düşük lazer gücüyle birleştirilen numuney e göre daha düşük sertlik değeri meydana geldiği tespit edilmiştir. Isı girdisinin artışına bağlı olarak birincil β yapısının irileşmesi neticesinde sertlikte düşüşler meydana geleceği araştırmacılar tarafından bildirilmektedir [8]. Isı girdisinin azalması durumunda ise daha ince taneli α' yapısının meydana gelmesiyle sertlik artışı yaşanacağı vurgulanmaktadır [1,8]. Araştırmacılar, kaynak metalinin ana metale göre sertlik artışına neden olarak, asiküler α' yapısının ve tane sınırlarının sahip olduğu yüksek yoğunluk dislokasyonlarını göstermektedir [1]. Her iki parametresi için, kaynak metali sertliği, ITAB a göre daha yüksek değerlerde bulunmuştur. Kaynak metalinden ITAB a doğru sertlikteki azalışa martenzit oranının ve Widmanstatten α yapısının azalmasının neden olduğu araştırmacılar tarafından bildirilmektedir [9]. Sertlik sonuçlarına genel olarak bakıldığında, ITAB ve kaynak metali sertlik değerlerinin birbirine yakın olduğu gözlenmiştir. Sertlik sonuçlarının birbirine yakın olması, Ti6Al4V alaşımının ısı iletkenlik katsayısının (6.7 W/m K) çok düşük olması ile ilişkilendirilmektedir [10]. Ti6Al4V alaşımının kaynak bölgesine iletilen ısı enerjisi yayılmadan önce, o bölgede daha uzun süre kalabilmekte, bu durum da sertliği etkilemektedir [10]. ITAB ve kaynak metali sertliğinin ana metale göre daha sert olması, ana metale göre daha dayanımlı birleştirmeler elde edilmesine neden olması beklenebilir. 4. SONUÇLAR 1- Darbe testi sonucunda kaynaklı birleştirmelerin darbe toklukları ana malzemeden daha düşük bulunmuştur. Yüksek lazer gücüyle diğer bir deyişle yüksek ısı girdisiyle birleştirilen numunenin darbe tokluğu, düşük ısı girdili numuneden daha yüksek bulunmuştur. Isı girdisinin artmasıyla birlikte, martenzit yapısının asiküler α veya Widmanstatten α tane yapısına dönüşümü darbe tokluğunu arttıran etmenlerin başında geldiği düşünülmektedir. 2- Farklı ısı girdisi ile birleştirilen numunelerin sertlik değerleri incelendiğinde, kaynak metali ve ITAB sertliğinin ana metalden daha yüksek değerlerde olduğu belirlenmiştir. En sert bölge, kaynak metali olarak bulunmuştur. Yüksek lazer gücüyle birleştirilen numunenin sertlik değeri, düşük lazer gücüyle birleştirilen numunenin sertlik değerine göre azalma meydana geldiği tespit edilmiştir. Isı girdisinin artışına bağlı olarak birincil β yapısının irileşmesi sertlik düşüşüne neden olarak düşünülmektedir. KAYNAKLAR [1] Köse, C., and Karaca, E, Robotic Nd:YAG Fiber Laser Welding of Ti-6Al-4V Alloy, Metals, Vol 7, 1-11,

111 Fiber Lazer Kaynağı ile Birleştirilen Ti-6Al-4V Alaşımının Mikrosertlik ve Darbe Tokluğuna Lazer Gücünün Etkisi, C. Köse ve E. Karaca [2] Kahraman, N. The influence of welding parameters on the joint strength of resistance spot-welded titanium sheets. Mater.Des., 28, , [3] Balasubramanian, T.S.; Balakrishnan, M.; Balasubramanian, V.; Manickam, M.M. Influence of welding processes on microstructure, tensile and impact properties of Ti-6Al-4V alloy joints. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 6, , [4] Köse, C.; Kaçar, R. In vitro bioactivity and corrosion properties of laser beam welded medical grade AISI 316L stainless steel in simulated body fluid. Int. J. Electrochem. Sci., , [5] Taskin, M.; Caligulu, U.; Turkmen, M. X-ray tests of AISI 430 and 304 stainless steels and AISI 1010 low carbon steel welded by CO 2 laser beam welding. Mater Test., 53, , [6] Quintino, L.; Costa, A.; Miranda, R.; Yapp, D.; Kumar, V.; Kong, C.J. Welding with high power fiber lasers A preliminary study. Mater. Des., 28, , [7] Barreda, J.L.; Santamaria, F.; Azpiroz, X.; Irisarri, A.M.; Varona, J.M. Electron beam welded high thickness Ti6Al4V plates using filler metal of similar and different composition to the base plate. Vacuum., 62, , [8] Mehdi, B.; Badji, R.; Ji, V.; Allili, B; Deschaux-Beaume, F.; Soulie, F. Microstructure and residual stresses in Ti-6Al-4V alloy pulsed and unpulsed TIG welds. J. Mater. Process. Technol., 231, , [9] Kabir A.S.H.; Cao, X.; Gholipour, J.; Wanjara, P.; Cuddy, J.; Birur, A.; Medraj, M. Effect of postweld heat treatment on microstructure, hardness, and tensile properties of laser-welded Ti-6Al-4V. Metall and Mat Trans A., , [10] Caiazzo, F.; Curcio, F.; Daurelio, G.; Minutolo, F.M.C. Ti6Al4V sheets lap and butt joints carried out by CO 2 laser: mechanical and morphological characterization. J. Mater. Process. Technol., 149, ,

112 Effect of Solution and Ageing Heat Treatments on the Microhardness and Impact Toughness Properties of Fiber Laser Welded Ti-6al-4v Alloy C. Kose 1 *, E. Karaca 2 1 Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Gaziosman paşa Üniversitesi, Tokat, Türkiye 2 Fen Bilimleri Enstitüsü, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat, Türkiye Abstract In the present study, Ti-6Al-4V titanium alloy plates were joined using robotic fiber laser welding method. Pre- and post-weld heat treatments were applied to laser welded joints. After welding stress relieving, solution heat treatment and ageing were also applied to preheated laser welded samples. Effects of heat treatment conditions on microhardness and impact toughness properties of robotic fiber laser welded joints were studied. There was increases in impact toughness of sample applied to ageing increased, while hardness of nonaged samples were higher. Keywords: Titanium, Ti-6Al-4V, fiber laser welding, heat treatment, impact toughness. 1. GİRİŞ Titanyum alaşımları, α, α+β alaşımları ve β alaşımları olmak üzere başlıca üç grupta sınıflandırılabilir. α alaşımlarının tüm yapısını α fazı oluştururken, β alaşımlarının yapısında büyük ölçüde β fazı bulunmaktadır ve bu yapıya çözündürme sıcaklığından itibaren soğutarak ulaşılabilmektedir. α+β alaşımları ise oda sıcaklığında hem α hem de β fazını içermektedir [1]. Düşük yoğunluk, ısıl direnci, yüksek mekaniksel dayanım, korozyon dayanımı, biyouyumluluk özellikleri nedeniyle Ti6Al4V alaşımı çok geniş bir kullanım alanına sahiptir [2]. Bu dayanıklı ve hafif alaşımlar, jet motorları, uzay araçları, füze, basınç kazanı, ortodonti, medikal implant ve cerrahi aletlerin yapımı gibi pek çok uygulamalarda kullanılmaktadır [3]. Ti6Al4V alaşımı, lazer ışın kaynağı gibi pek çok yöntemle birleştirebilmektedir [1]. Lazer kaynak yöntemi düşük ısı girdisi, yüksek yoğunlaşma enerjisi, yüksek kaynak ilerleme hızı, dar kaynak bölgesi, derin nüfuziyetli birleştirmeler elde edilebilmesi, yüksek mekanik dayanım, düşük distorsiyon ve ilave metal kullanmadan kaynak yapabilme imkanından dolayı geleneksel kaynak yöntemlerinden ayrılır [4,5]. Fiber lazer kaynak yöntemi ise; düşük ışın sapma oranı, fileksibl ışın dağıtımı, düşük bakım maliyeti, yüksek verimlilik ve yüksek kaliteli kaynaklı birleştirmeler sunmaktadır [6]. Ti6Al4V titanyum alaşımlarının elektron ışın ve lazer ışın kaynaklı birleştirmelerinde düşük ısı girdisi ve hızlı soğumadan dolayı kaynak dikişinde ince taneli birincil β (prior- β) oluşum gösterir ve dayanım artışına neden olur [7]. Ancak, kaynak dikişinin hızlı soğuması durumunda baskın bir şekilde martenzitik yapı oluşmaktadır [1]. Martenzitik yapı, ana malzemeye kıyasla kaynak dikişinin tokluğunu düşmesine neden olmaktadır [1]. Kaynak metali ve ITAB daki süneklik kayıpları, kaynak sonrası uygulanan ısıl işlemler ile yeniden düzenlenerek iyileştirilebilir * Tel: ; Faks: , ( C. Köse ) 2623

113 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey [8]. Düşük sünekliğe sahip α+β titanyum alaşımlarının kaynak sonrası ısıl işlemi, β geçiş sıcaklığının altında yapılması önerilmektedir [1,3]. Bu çalışmada, Ti6Al4V levhalar robotik Nd:YAG fiber lazer kaynak yöntemiyle birleştirilmiştir. Kaynak öncesi ön tavlama gerçekleştirilmiş, kaynak sonrası ise iki farklı ısıl işlem prosedürü uygulanmıştır. Isıl işlemlerin, robotik fiber lazer kaynaklı birleştirmelerin mikrosertlik ve darbe tokluğuna etkileri incelenmiştir. 2. DENEYS EL ÇALIŞMALAR 2.1. Malzeme, Kaynak İşlemi ve Isıl İşlem Prosedürü Bu çalışmada, endüstrinin birçok alanında tercih edilen, kimyasal bileşimi Tablo 1 de verilen Ti6Al4V alaşımı kullanılmıştır. Tablo 1. Ti6Al4V alaşımının kimyasal bileşimi (%ağırlık) %C Al V Fe N O H Ti Kalan Deney malzemesi, 100x330x4mm 3 ölçülerinde kaynak işlemine hazır duruma getirilmiştir. Deney numuneleri Tablo 2 de belirtilen parametrelerle, 4 kw gücüne sahip FANUC ROBOT R-2000 ib 210F marka Nd:YAG fiber lazer kaynak makinesiyle yatay pozisyonda ve ilave metal kullanılmadan birleştirilmiştir. Kaynak öncesi ve sonrası Tablo 3 de belirtilen parametrelerde ısıl işlemler uygulanmıştır. Numune Lazer gücü (W) Tablo 2. Lazer kaynak parametreleri Kaynak hızı (mm/s) Koruyucu gaz Gaz basıncı (bar) Odak mesafesi (mm) Isı girdisi (kj/mm) A He B He Tablo 3. Isıl işlemler Numuneler Ana malzeme A1 Ana malzeme B1 Isıl işlem şartları 350 o C de 20 dakika ön tavlama o C de 60 dakika gerilme giderme + havada soğutma o C de 60 dakika solüsyona alma ısıl işlemi + havada soğutma o C de 120 dakika yaşlandırma ısıl işlemi + havada soğutma 350 o C de 20 dakika ön tavlama o C de 60 dakika gerilme giderme + havada soğutma o C de 60 dakika solüsyona alma ısıl işlemi + havada soğutma 2.2. Çentik Darbe Deneyi Testleri ve Mikrosertlik İncelemeleri Lazer kaynaklı birleştirmelerin darbe tokluklarını belirleyebilmek için her bir parametre için 4 er adet çentik darbe testi numuneleri ISO 9016: 2012 standartlarında hazırlanmıştır. Darbe çentik testi, oda sıcaklığında ALŞA marka deney cihazıyla gerçekleştirilmiştir. Sertlik ölçümü ise, GALILEO marka ölçüm cihazında uca 15 saniye 200g yük uygulanarak belirlenmiştir. Darbe deneyi sonrası kırılma yüzeyi görüntüleri, JEOL JSM 6060 LV marka taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 3.1. Çentik Darbe Testi Isıl işlemli ana malzeme ve lazer kaynaklı numunelerin oda sıcaklığında darbe dayanımları belirlenmiş ve sonuçlar Şekil 1 de verilmiştir. 2624

114 Effect of Solution and Ageing Heat Treatments on the Microhardness and Impact Toughness Properties of Fiber Laser Welded Ti-6al-4v Alloy C. Köse ve E. Karaca Şekil 1. Darbe deneyi sonuçları Yaşlandırma uygulanan B ana malzemesinin darbe tokluğu yaşlandırma uygulanmayan A ana malzemesine kıyasla tokluk değeri daha yüksek bulunmuştur (21J ve 19J). Ana malzemelerin darbe toklukları, kaynaklı birleştirmelerin darbe tokluklarından daha düşük bulunmuştur. Kaynak sonrası ısıl işlemlerin etkisiyle, kaynak dikişi mikroyapısındaki taneiçi α tanelerinin hacim oranı artış göstererek tokluğu arttırmıştır [9], ayrıca martenzitin α+β faz yapısına dönüşmesi de darbe tokluğunu arttıran etmenlerdendir. Kaynak sonrası ısıl işlemlerle, α tane sınırının kabalaşmasıyla tane sınırındaki çatlak ilerleyişinin yönü değiştirilerek darbe tokluğunda iyileşmeler sağlanacağı araştırmacılar tarafından bildirilmektedir [8,9]. Araştırmacılar aynı zamanda, titanyum alaşımlarının darbe tokluğunu arttırmak için, düşük kaynak hızı veya yüksek lazer gücü kullanılarak, ısı girdisinin arttırılmasıyla birlikte martenzit yapısının asiküler α veya Widmanstatten α tane yapısına dönüştürülmesi gerektiğini vurgulamaktadır [10]. Darbe deneyi sonucunda ana malzeme ve kaynaklı numunelerin kırılma yüzeyleri SEM ile incelenmiştir (Şekil 2). Yaşlandırma ısıl işlemli ve yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmayan ana malzemelerin kırılma biçimleri sünek kırılma biçiminde gerçekleştiği SEM görüntülerinden açık bir şekilde anlaşılmaktadır. Lazer kaynaklı A1 ve B1 numunelerinde tanelerarası kırılma ile birlikte klivaj kırılma biçiminde kırılmaların gerçekleştiği kırılma yüzeyi morfolojilerinden anlaşılmaktadır. (a) (b) 2625

115 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey (c) (d) Şekil 2. Çentik darbe deneyi sonrası kırılma yüzeyi SEM görüntüsü, (a) ve (b) ana malzeme, (c) ve (d) A1 ve B1 numuneleri 3.2. Mikrosertlik Lazer kaynağı, geleneksel kaynak yöntemlerine göre yüksek güç yoğunluğuna sahip olması nedeniyle, düşük ısı girdisine bağlı hızlı katılaşma oluşmaktadır, bu sebeple lazer kaynaklı birleştirmelerde yüksek sertlik değerleri elde edilmektedir. Farklı lazer gücüyle yani farklı ısı girdisi ile birleştirilen ısıl işlemli numunelerin ortalama sertlik değerleri incelendiğinde (Şekil 3), kaynak metali ve ITAB sertliğinin ana metalden daha yüksek değerlerde olduğu belirlenmiştir. Şekil 3. Kaynaklı birleştirmelerin sertlik dağılımları Sertlik değeri en yüksek bölge kaynak metali olarak belirlenmiştir. Kaynak metalinin, ITAB a göre daha sert bulunmasının ana nedeni, bu bölgenin daha ince yapılı tanelerden oluşum göstermesi nedeniyle ulaşıldığı söylenebilir. Kaynak sonrası ısıl işlemler ile, martenzitin α+β faz yapısına dönüşmesi ve α fazı plateletlerinin kalıntı β fazından dönüşümüyle birlikte, ana metale kıyasla ITAB ve kaynak metalinde sertlik artışı meydana gelmesi beklenir [7]. β fazı α fazına göre daha yumuşak ve sünektir, kaynak sonrası ısıl işlemlerle birlikte β faz yapısının azalması sonucu özellikle kaynak metalinde sertlik artışı gerçekleşeceği araştırmacılar tarafından bildirilmektedir [7]. Yaşlandırma ısıl işlemi uygulanan lazer kaynaklı numunenin sertliği yaşlandırma uygulanmamış numunenin sertliğinden bir miktar düşük bulunmuştur. Yüksek sıcaklıklarda martenzit fazının α, β yapısına dönüşümüyle ve tane yapısının daha da kabalaşmasıyla sertlik düşüşü yaşanacağı, kaynak sonrası ısıl işlem sıcaklığı arttıkça sertlikte düşüş meydana geleceği vurgulanmaktadır [11]. ITAB ve kaynak metali sertliğinin ana metale göre daha sert olması, ana metale göre daha dayanımlı birleştirmeler elde edilmesine neden olması beklenir. 2626

116 Effect of Solution and Ageing Heat Treatments on the Microhardness and Impact Toughness Properties of Fiber Laser Welded Ti-6al-4v Alloy C. Köse ve E. Karaca 4. SONUÇLAR 1- Yaşlandırma uygulanan numunenin darbe tokluğu yaşlandırma uygulanmayan numuneye göre daha yüksek bulunmuştur. Kaynak sonrası ısıl işlemlerin etkisiyle, kaynak dikişi mikroyapısındaki taneiçi α tanelerinin hacim oranı artış göstererek tokluğu arttırdığı, ayrıca ısıl işlemlerle birlikte martenzitin α+β faz yapısına dönüşmesi de darbe tokluğunu arttıran etmenlerden olduğu düşünülmektedir.. 2- Farklı ısıl işlem uygulanan numunelerin sertlik değerleri incelendiğinde, kaynak metali ve ITAB sertliğinin ana metalden daha yüksek değerlerde olduğu belirlenmiştir. En sert bölgeler, kaynak metali olarak bulunmuştur. β fazı α fazına göre daha yumuşak ve sünektir, kaynak sonrası ısıl işlemlerle birlikte β faz yapısının azalması sonucu özellikle kaynak metalinde sertlik artışının gerçekleştiği düşünülmektedir. KAYNAKLAR [1] Köse, C., and Karaca, E, Robotic Nd:YAG Fiber Laser Welding of Ti-6Al-4V Alloy, Metals, Vol 7(6), 221. [2] Kahraman, N. The influence of welding parameters on the joint strength of resistance spot -welded titanium sheets. Mater.Des. 2007, 28, , [3] Akman E, Demir A, Canel T, et al. Laser welding of Ti6Al4V titanium alloys. J. Mater. Process. Technol. 2009; 209(8): [4] Köse C, Kaçar R, Mechanical properties of laser welded 2205 duplex stainless steel. Mater Test., 54(10): , [5] Taskin M, Caligulu U, Turkmen M. X-ray tests of AISI 430 and 304 stainless steels and AISI 1010 low carbon steel welded by CO 2 laser beam welding. Mater Test., 53(11-12): , [6] Quintino L, Costa A, Miranda R, et al. Welding with high power fiber lasers A preliminary study. Mater. Des., 28: , [7] Kabir A.S.H. Cao, X. Gholipour, J. Wanjara, P. Cuddy, J. Birur, A. Medraj, M. Effect of postweld heat treatment on microstructure, hardness, and tensile properties of laser-welded Ti-6Al-4V. Metall and Mat Trans A., , [8] Thomas G, Ramachandra V, Ganeshan R, et al. Effect of pre- and post-weld heat treatments on the mechanical properties of electron beam welded Ti-6Al-4V alloy. J. Mater. Sci., 28(18): , [9] Mohandas T, Banerjee D, Rao VVK: microstructure and mechanical properties of friction welds of an a+b titanium alloy. Mat Sci Eng A., 289(1): 70-82, [10] Barreda JL, Santamaria F, Azpiroz X, A.M. et al. Electron beam welded high thickness Ti6Al4V plates using filler metal of similar and different composition to the base plate. Vacuum., 62(2-3): , [11] Babu NK, Raman SGS, Murthy CVS, et al. Effect of beam oscillation on fatigue life of Ti 6Al 4V electron beam weldments. Mat Sci Eng A., 471(1-2): ,

117 Investigations on Surface Properties of Laser Beam Welded Aisi 420 Martensitic Stainless Steel in Simulated Body Fluid C. Köse 1,*, R. Kaçar 2 1 Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat, Türkiye 2 Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği Bölümü, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye Abstract In this study, AISI 420 stainless steel sheet was joined by CO 2 laser beam welding method. After welding tempering heat treatment was also applied to preheated laser welded samples. In order to determine in vitro bioactivity properties of the laser beam welded and base metal samples were immersed in Simulated Body Fluid (SBF) for 1, 3, 7, 14, 21, 28 days. The bone-like apatite formation structure was investigated on the surface of the welding seam and base metal samples. Apatitic calcium morphology on the surface of the base metal and welding seam of welded joints were characterized via SEM, EDS. As a result of this study, apatitic calcium layer formation on the surface of base metal and laser beam welded samples were increased with prolonging period and similar Ca/P ion concentrations were calculated on surfaces of all samples. Keywords: Martensitic stainless steel, heat treatment, simulated body fluid, apatite, surface properties. 1. GİRİŞ Martenzitik paslanmaz çelik, yapısı itibariyle çok yavaş soğuma halinde bile sert ve gevrek y apılı martenzit oluşumu gösteren bir malzeme türüdür. [1]. Martenzit fazı kaynak bölgesinde kılcal çatlakların oluşumunu tetikleyerek kaynak dikişinin kırılma eğilimi göstermesine neden olur. Bu durum martenzitik paslanmaz çeliklerin kötü kaynak kabiliyetine sahip olmasına ana sebep olarak gösterilmektedir [2]. Ancak, bu tür çeliklere kaynak öncesi ve sonrasında uygun ısıl işlem uygulanarak birleştirilebilmesine olanak sağlanabilmekte ve istenilen dayanım özellikleri elde edilebilmektedir [3,4]. Martenzitik paslanmaz çelikler, yüksek mekanik özellikleri ve korozyon dayanımları sayesinde su ve buhar valflerinde, türbinlerde, pompalarda, şaftlarda, rulmanlarda, kesici aletler ve cerrahi aletlerin üretiminde kullanılırlar [1,4]. AISI 420 martenzitik paslanmaz çelikler IS de (Surgical instruments- Metallic Materials-Part 1- Stainless Steel) derecelendirildiği gibi cerrahi aletlerin üretiminde kullanılan ve direkt vücutta implant olarak kullanılmayan (non-implant) bir malzeme türü olarak tanımlanmaktadır [5]. Ancak, AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik, yüksek sertlik, dayanım ve yeterli korozyon dayanımı özellikleriyle yapay diz eklem komponentleri ve bağlantıları gibi ortopedik alanda kullanılmaktadır [6,7]. İnsan vücudunda implant olarak kullanılan paslanmaz çeliklerin korozyon özelliklerini belirleyebilmek için bazı testlerin yapılması gerekmektedir [6]. In vitro olarak laboratuvar ortamında yapay bir vücut sıvısı içerisinde (Simulated Body Fluid) paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımları belirlenebilmesi bu yöntemlerden biridir [6]. Bu çalışmada, kaynak öncesi ve sonrası ısıl işlem uygulanmış CO 2 lazer kaynaklı AISI 420 cerrahi kalitedeki paslanmaz çelik ve kaynaksız numuneler 28 gün boyunca yapay vücut sıvısı içerisinde (SBF-Simulated Body Fluid) bekletilerek numunelerin yüzeyinde oluşan apatit morfolojisi incelenmiştir. * Tel: ; Faks: , ( C. Köse ve R.Kaçar ) 2628

118 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2. DENEYS EL ÇALIŞMALAR 2.1. Malzeme, Isıl İşlem ve Kaynaklı Birleştirme Prosedürü Bu çalışmada, endüstrinin birçok kolunda ve özellikle cerrahi kesici aletlerin yapımında kullanılan AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik kullanılmıştır. Tablo 1 de AISI 420 paslanmaz çeliğe ait kimyasal kompozisyon verilmiştir. Tablo 1. AISI 420 paslanmaz çeliğin kimyasal kompozisyonu (%ağırlık) AISI 420 çelik levhalar Tablo 2 de belirtilen parametrelerle 4 kw gücüne sahip TRUMPF LASERCELL 1005 marka CO2 lazer kaynak makinesiyle yatay pozisyonda, ilave metal kullanılmadan ve farklı kaynak ilerleme hızlarında birleştirilmiştir. Ön tav ısıl işlemi 300oC sıcaklıkta 60 dakika, gerilme giderme ısıl işlemi ise 660oC sıcaklıkta 75 dakika süreyle uygulanan kaynaklı numuneler oda sıcaklığına kadar fırın içerisinde soğutulmuştur. Tablo 2. Lazer kaynak parametreleri CO 2 lazer kaynak yöntemi düşük ısı girdisi, yüksek yoğunlaşma enerjisi, yüksek kaynak hızı, dar kaynak bölgesi, derin nüfuziyet, otomasyona uygunluğu, yüksek mekanik dayanım, düşük distorsiyon ve ilave tel kullanmadan kaynak yapabilme imkanı sağlaması sayesinde birçok yönüyle geleneksel kaynak yöntemlerinden ayrılmaktadır [8,9], lazer kaynak yöntemi bu üstün karakteristik özellikleri nedeniyle çalışmada tercih edilmiştir Deney Numunelerinin Hazırlığı ve Karakterizasyon Çalışmaları Yüzey karakterizasyon çalışmaları için, CO 2 lazer ile birleştirilmiş AISI 420 paslanmaz çelik kaynaklı ve kaynaksız numuneler 20 x 5 x 3 mm boyutlarında kesildikten sonra grit zımparalarla parlatılmıştır. Aynı şartlar altında gerçekleştirilen parlatma işleminin ardından numuneler ultrasonik banyoda önce aseton daha sonra saf su ile 30 dk. boyunca yıkanmıştır. Yıkama işlemi sonrasında numuneler etüv içerisinde 50 o C de kurutulduktan sonra, SBF solüsyonuna daldırılmadan önce her bir numunenin ağırlıkları hassas terazide tartılmıştır. SBF içerisinde 1, 3, 7, 14, 21, 28 gün bekletilen numuneler solüsyon içerisinden çıkarılıp saf su ile durulandıktan sonra oda sıcaklığında kurumaya bırakılmış ve ağırlık değişimleri hassas terazi ile ölçülmüştür. Daha sonra SBF içerisinde bekletilen lazer kaynaklı ve kaynaksız numunelerin yüzeyinde biriken apatit yapısı JEOL JSM 6060 LV marka taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve (EDS) donanımı ile gerçekleştirilmiştir Ağırlık Artışı Bu çalışmada Kokubo tarafından geliştirilen yapay vücut sıvısı solüsyonu kullanılmıştır [11]. Çözelti hazırlanırken kullanılan her bir yardımcı gereç önceden sterilize edilmiştir. Çözelti hazırlanırken her aşamada ortam sıcaklığı yaklaşık o C olarak tutulmuştur. SBF kimyasalları Merck marka olup her biri belirli bir sıraya göre eklenmiş ve ph değeri insan kanı plazmasına yakın olacak şekilde 7.4 olarak ayarlanmıştır. SBF hazırlama işlemi sonrası lazer kaynaklı ve kaynaksız numuneler 36.5 o C deki SBF solüsyonu içerisine daldırılarak sırasıyla 1, 3, 7, 14, 21, 28 gün bekletilmiştir. Deney süresi boyunca, yapay vücut sıvısı 2 günde bir değiştirilerek iyon konsantrasyonu orijinalliği korunmuştur. Her bekletme periyodunda SBF içerisinden çıkarılan numuneler saf su ile yıkandıktan sonra oda sıcaklığında kuruyana kadar bekletilmiş ve ağırlık değişimleri hassas terazide tartılarak değerlendirilmiştir. 2629

119 Yapay Vücut Sıvısı İçerisinde Bekletilen Lazer Kaynaklı AISI 420 Martenzitik Paslanmaz Çeliğin Yüzey Özelliklerinin İncelenmesi, C. Köse ve R. Kaçar 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 3.1. Ağırlık Artışı Lazer kaynaklı ve kaynaksız paslanmaz çelik numunelerinin yapay vücut sıvısı (SBF) içerisinde bekleme süresine bağlı olarak yüzeylerinde apatit oluşumu miktarı hassas terazi ( g.) kullanılarak ölçülmüştür. SBF içerisinde bekleme süresinin numunelerin yüzeyinde apatit oluşma miktarına etkisi Şekil 1 de gösterilmiştir. Numunelerin, SBF içerisinde bekletildikten sonra yüzeylerinin apatit katmanı ile kaplanmasından sonra oluşan ağırlık artışı değişimleri, Ağırlık artışı = (SBF içerisinde bekletildikten sonraki ağırlık SBF deneyi öncesi ağırlık) / numunenin yüzey alanı denklemi kullanılarak hesaplanmıştır. Şekil 1. SBF içerisinde 1-28 bekletilen ana malzeme ve lazer kaynaklı B1 ve B2 numunelerinin ağırlık artışı oranları. Şekil 1 den görüldüğü gibi tüm kaynak parametreleri için artan vücut sıvısı içerisinde bekletme süresine göre AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik lazer kaynaklı birleştirmesinin yüzeyinde biriken hidroksiapatit katmanının arttığı net olarak görülmektedir. Kaynak ısı girdisi arttıkça genel eğilim yüzeyde biriken hidroksiapatit katmanının kalınlığı dolayısıyla ağırlığının artışı yönündedir. Kaynak termal çevriminden etkilenen paslanmaz çeliğin vücut sıvısından etkilenerek daha fazla apatit minerali birikimine neden olduğu düşünülmektedir. AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik ana malzemenin yüzeyinde biriken hidroksiapatit katmanı kaynaklı birleştirmelerden tüm bekletme zamanları için bir miktar daha yüksek bulunmuştur. Bu sonucun alınmasına, lazer kaynaklı AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik deney numunelerine kaynak öncesi ve sonrası uygulanan ısıl işlem sürecinin etkisinin yanında, SBF içerisinde bekletme sonucunda deney numunelerinde korozyon oluşumu gerçekleşmesi nedeniyle ağırlık artışı değişimlerini etkilediği düşünülmektedir. Medikal alanda cerrahi kesici aletleri yapımında tercih edilen nikelsiz AISI 420 martenzitik paslanmaz çeliğin lazer kaynaklı ve kaynaksız olarak vücut sıvısı içerisinde 28 güne kadar bekletme periyodunda yüzeylerinde apatit gelişimi gösterebildiği ve potansiyel bir şekilde biyoaktivite özelliklerine sahip olduğu belirlenmiştir. Ana malzeme ve lazer kaynaklı numunelerin aynı zaman sürecinde SBF içerisinde tutulmalarına rağmen ana malzeme yüzeyinde daha fazla apatit birikimi göstermesi; ana malzeme yüzeyinde, kaynaklı numunelerin yüzeylerine göre daha iyi apatit çekirdeklenmesinin ve gelişiminin meydana geldiği ve apatit kaplanan lazer kaynaklı numunelerin kaynak termal çevriminden etkilenerek kaynak dikişi üzerinde apatit oluşumunun daha az gerçekleştiği ya da apatit katmanının kaynak dikişi üzerinde ana malzemeye kıyasla daha az tutunma kuvveti gösterdiği anlaşılmıştır. Bu sonuçlardan, lazer kaynaklı numunelerin kaynak dikişleri üzerinde ana malzeme yüzeylerine göre biyoaktivite özelliklerinin az da olsa daha düşük olduğu sonucuna varılabilir Yüzey Morfolojisi Temel olarak, implant malzemelerin ya da biyomalzemelerin yüzeylerinin in vitro koşullarda apatit oluşturma yetenekleri SBF içerisine daldırılarak ölçümü [12] gerçekleştirilmektedir. İmplant malzemelerin yüzeylerinde 2630

120 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey apatit oluşturabilmesi ve geliştirebilmesi o malzemenin yüzeyinin biyoaktif özellik gösterebilme yeteneği ile ilgilidir. Yüzeylerinde apatit oluşumu gösteren malzemeler aynı zamanda canlı kemik dokusu üzerinde de apatit oluşturabilir ve apatit tabakası üzerine kemik bağlanması ve kemik büyümesi gelişebilir [13]. Lazer kaynaklı numunelerin kaynak dikişi üzerinden gerçekleştirilen SEM analizi incelemelerine bakıldığında, 28. günün sonunda numunelerin yüzeylerini kapladığı tespit edilmiştir. AISI 420 paslanmaz çelik numunelerin farklı kaynak parametreleriyle birleştirilmesine bağlı olarak oluşan kaynak metali ve ITAB genişliği ve aynı zamanda farklı ısı girdilerine sahip olmalarının da etkisiy le apatit oluşumunun yüzeylerde homojen bir dağılım göstermediği ve nano-gözenekli apatit morfolojisi şeklinde gerçekleştiği SEM görüntülerinden belirlenmiştir (Şekil 2. ve Şekil 3.). (7a) (7b) (7c) (28a) (28b) (28c) Şekil 3. SBF içerisinde 28 gün bekletilen A (ana malzeme) yüzeyinde, lazer kaynaklı B1 ve B2 numunelerinin kaynak dikişi üzerinde oluşan apatit formunun SEM görüntüsü. Numunelerin yüzeylerinin özellikle 28. günün sonunda tamamen ve daha yoğun apatit mineralleriyle kaplanmasının SEM görüntüleriyle (Şekil 2 ve Şekil 3.) tespit edilmesiyle birlikte sadece SBF içerisinde 28 gün bekletilen lazer kaynaklı numunelerin kaynak dikişi üzerinden ve kaynaksız ana malzemenin ise herhangi bir bölgesinden EDS incelemeleri yapılmıştır (Şekil 4). (a) 2631

121 Yapay Vücut Sıvısı İçerisinde Bekletilen Lazer Kaynaklı AISI 420 Martenzitik Paslanmaz Çeliğin Yüzey Özelliklerinin İncelenmesi, C. Köse ve R. Kaçar (b) (c) Şekil 4. SBF içerisinde 28 gün bekletilen A: ana malzeme yüzeyinden, lazer kaynaklı B1 ve B2 numaralı numunelerinin kaynak dikişi üzerinde oluşan apatit formunun noktasal EDS analizi EDS incelemeleri sonucunda kaynaksız numune ve kaynak dikişi yüzeylerinde kemik dokusuna benzer bir yapı olan hidroksiapatit yapısının ana elementleri olan Ca, P, O ve Na elementlerinin oluştuğu tespit edilmiştir. Yapay vücut sıvısı 28 güne kadar bekletilen numunelerin kaynak dikişi yüzeylerinde oluşan hidroksiapatit katmanı üzerinden alınan EDS analizi sonucu artan bekletme periyoduna bağlı olarak Ca/P oranının da değişim göstererek artış yönünde eğilim gösterdiği belirlenmiştir. Bu sonuç, bekleme süresi uzadıkça hidroksiapatitin artış gösterdiği şeklinde düşünülebileceği gibi, artan bekletme periyoduna bağlı olarak yüzeylerde apatit gelişiminin de hızlandığına işaret etmektedir. AISI 420 paslanmaz çelik ana malzemesine ait numune yüzeyinde, SBF içerisinde 28 gün bekletme sonucunda oluşan Ca/P oranı yaklaşık 1.02 iken, lazer kaynaklı B1 numunesinin kaynak dikişi üzerindeki Ca/P oranı; 1.04, B2 numunesinin Ca/P oranı; 1.10 olarak hesaplanmıştır, EDS analizlerinde ilk günlerde bu oranlar daha az bulunmuştur (yaklaşık ). SBF içerisinde 28 gün bekletilmeleri sonucunda özellikle kaynak dikişleri üzerinde gelişen apatit yapısı EDS ile karakterize edilerek apatitin bünyesinde bulunan biyoaktif Ca ve P iyon oranlarının (Ca/P) hidroksiapatit yapısının stokiyometrik Ca/P değeri olan 1.67 oranının altında değerlerde oluştuğu ve numunelerin Ca/P oranlarının birbirine yakın değerlerde olduğu belirlenmiştir. Hidroksiapatitin stokiyometrik Ca/P oranı 1.67 dir. Ancak, SBF içerisinde bekletilen AISI 420 paslanmaz çelik lazer kaynaklı numunelerin kaynak dikişi üzerinde ve kaynaksız numunelerin yüzeylerinde biriken apatit katmanı Ca/P oranlarının 1.67 oranının altında olması düşük kristalliğe sahip kalsiyum eksikli karbonat hidroksiapatit yapısı olarak adlandırılmaktadır [14]. Hidroksiapatitin pek çok çeşidi bulunmakla birlikte Ca/P oranına göre sınıflandırılmaktadırlar [14]. 4. SONUÇLAR AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik ana malzemenin yüzeyinde biriken hidroksiapatit katmanı kaynaklı birleştirmelerden tüm bekletme zamanları için bir miktar daha yüksek bulunmuştur. Bu sonucun alınmasına, lazer kaynaklı AISI 420 martenzitik paslanmaz çelik deney numunelerine kaynak öncesi ve sonrası uygulanan ısıl işlem sürecinin etkisinin yanında, SBF içerisinde bekletme sonucunda deney numunelerinde korozyon oluşumu gerçekleşmesi nedeniyle ağırlık artışı değişimlerini etkilediği düşünülmektedir. Medikal alanda cerrahi kesici aletleri yapımında tercih edilen nikelsiz AISI 420 martenzitik paslanmaz çeliğin lazer kaynaklı ve kaynaksız olarak vücut sıvısı içerisinde 28 güne kadar bekletme periyodunda yüzeylerinde apatit gelişimi gösterebildiği ve potansiyel bir şekilde biyoaktivite özelliklerine sahip olduğu belirlenmiştir. SBF içerisinde bekletilen lazer kaynaklı ve kaynaksız numune yüzeylerinin SEM görüntülerine göre apatit gelişiminin lazer kaynaklı numunelere göre ana malzeme yüzeyinde daha iyi geliştiği belirlenmiştir. Bu 2632

122 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey durum, ana malzeme yüzeyinin lazer kaynaklı numunenin kaynak dikişi yüzeylerine göre daha iyi biyoaktif özelliğe sahip olması ile açıklanabilir. Apatit kaplanmış ana malzeme yüzeyinde ve lazer kaynaklı numunelerin kaynak dikişi üzerinden alınan noktasal EDS analizi sonuçlarına göre, Ca/P oranının kemiğin stokiyometrik oranı olan 1.67 oranının altında Ca/P oranına sahip olduğu belirlenmiştir. Numunelerin yüzeylerinde, düşük kristalliğe sahip kalsiyum eksikli karbonat Hidroksiapatit yapısı olarak adlandırılan apatit mineralleriyle kaplanmıştır. KAYNAKLAR [1] Kou S. Welding metallurgy. 2th ed. A John Wiley & Sons INC. New Jersey(NJ): [2] Kurt B, Orhan N, Somunkıran I, et al. The effect of austenitic interface layer on microstructure of AISI 420 martensitic stainless steel joined by keyhole pta welding process. Mater. Des., 30(3): , [3] Bilmes P, Llorente C, Ipina JP, Thoughness and microstructure of 13Cr4NiMo high-strength steel welds. J. of Materi Eng and Perform., 9(6): , [4] Köse C, Kaçar R. The effect of preheat & post weld heat treatment on the laser weldability of AISI 420 martensitic stainless steel. Mater. Des., 64: , [5] ISO ; Surgical instruments-metallic Materials-Part 1-Stainless Steel, ISO, UK: [6] Okada A, Uno Y, McGeough JA, et al. Surface finishing of stainless surgical tools by large-area electron beam irridation. CIRP Ann. Manuf. Technol., 57(1): , [7] Nilsson JO. The use of modern physical metallurgy in the development and charaterization of special stainless steel. J. Phys., 3: 67-76, [8] Köse C, Kaçar R. In vitro bioactivity and corrosion properties of laser beam welded medical grade AISI 316L stainless steel in simulated body fluid. Int. J. Electrochem. Sci., 11(3): , [9] Taskin M, Caligulu U, Turkmen M. X-ray tests of AISI 430 and 304 stainless steels and AISI 1010 low carbon steel welded by CO 2 laser beam welding. Mater Test., 53(11-12): , [10] ASTM G1-03-E Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluation Corrosion Test Specimens, American Society for Testing and Materials, [11] Kokubo, T., and Takadama, H., How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity?, Biomaterials 27, , [12] Zadpoor AA. Relationship between in vitro apatite-forming ability measured using simulated body fluid and in vivo bioactivity of biomaterials. Materials Science and Engineering: C. 2014; 35: [13] Dinçer M, Teker D, Sağ CP, et al. Enhanced bonding of biomimetic apatite coatings on surface-modified titanium substrates by hydrothermal pretreatment. Surf Coat Technol., 226: 27-33, [14] Fan X, Chen J, Zou JP, et al. Bone-like apatite formation on HA/316L stainless steel composite surface in simulated body fluid. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 19(2): ,

123 Isolation and identification of cellulolytic bacteria from the cattle s feces M. Inal 1,*, H. Topuz 1, H. Keskin 1, Z. Gün Gök 2, B. Çağdaş Tunalı 1, M. Yiğitoğlu 1 1 Department of Bioengineering, Faculty of Engineering, Kirikkale University, Kirikkale, Turkey 2 Department of Bioengineering, Institute of Science, Hacettepe University, Ankara, Turkey Abstract Cellulose is a carbohydrate that forms a large part of the cell structure in plants. Cellulase is a type of enzyme secreted by mushrooms, bacteria, and some protozoa species, which helps digest cellulose. There are plenty of bacteria in the marble of herbivores that can digest celluloses. Restricting the use of antibiotics in animal nutrition, the preference of organic products by consumers, scientists has led to studies releated to use of alternative feed additives. Probiotics, prebiotics and enzymes are some of the alternative feed additives. The aim of the study is to isolate and identify cellulosic bacterial species that have usage capacity as probiotic and the cellulase activity of the isolated bacteria is determined. In this study, nine bacteria were isolated. Three bacteria that have higher cellulolytic activity were selected by congo red staining and the selected isolates were designated as HH12, HH22 and sari1. Isolated bacteria were identified with firstly Gram-staining then with 16S rrna sequence analysis method. These bacteria has been identified as gram positive coc Enterococcus casseliflavus, gram negative bacillus Rheinheimera salexigens, and gram negative bacillus Shigella sonnei. Isolated bacteria were incubated in nutrient broth that contains 1% carboxymethyl cellulose (CMC) (w/v) at 37 o C for 14 days. The amount of glucose released from CMC by bacteria was determined by the DNS method. At end of 14 days incubation, CMC degradation rate for HH12, HH22 and sari1 were determined 11.56%, 11.12%, 14.12% and the cellulase activity of the strains were determined as , , µmol/min respectively. Keywords: cellulolytic bacteria, cellulase activity, probiotic, Enterococcus casseliflavus, Rheinheimera salexigens, Shigella sonnei. 1. INTRODUCTION Cellulose (C6H10O5)n, which constitutes a large part of the plant cell structure, is a carbohydrate used in making paper, artificial silk and explosives. Cellulose is formed by binding of glucose with β-1,4 glycoside bonds and it does not show branched structure. Almost all vegetables and grains contain plenty of cellulose, for this reason, herbivorous animals such as cows, goats and sheep consume plenty of cellulose. These animals have cellulolytic bacteria in their digestive system to digest cellulose taken from plants [1]. Antibiotics have been successfully used for 50 years as a feed additive. However, due to the side effects of antibiotics on human and animal health, the usage of antibiotics as feed additive was prohibited for the first time in Sweeden in After this, restriction on the use of antibiotics other than flavomycin and avilamycin * Corresponding author. Tel.: /1224 address: (M. Inal). 2634

124 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey in animal feeds has been introduced in the European Union countries on 1 June 1999 and in Turkey on September 30, With the banning of these two antibiotics in 2006, it is forbidden to use the whole antibiotic group as an augmentation factor in animal feeds. To fill the gap resulting from this legal developments with antibiotics, the usage of probiotics, prebiotics, enzymes, organic acids as feed additives has been raised [2], [3]. In English, the meaning of probiotic is for life. The emergence of this word has come about through a study done by Nobel prize-winning Russian researcher Elie Metchnikoff, who explains why long life of the Bulgaria villagers. This study is introduced us with probiotic bacteria by linking the reason of long life to consuming yoghurt and fresh fermented dairy products [4]. Probiotics are biological products containing live bacterial or yeast cultures which are mixed in the form of powders, granules, liquid suspensions, capsules and pellets, or for drinking water for purposes such as to regulate the gastrointestinal flora and fauna, to prevent the development of pathogenic microorganisms and to increase utilization of feed [5]. The aim of the present study was to isolate and identify cellulolytic bacteria that can be used as probiotics for feed industry from the cattle's feces and investigate cellulase production by these bacteria. 2. MATERIAL AND METHODS 2.1. Collection Of Cattle s Scat and Isolation Of Bacteria Samples were collected from a cattle feces. The samples were taken in steril tubes and brought to the laboratory within 1 h. The feces samples were diluted and homogenized with steril distilled water. After gradient dilution, the samples were cultured on the surface of Nutrient Agar plates containing 1% CMC, 0.02 % MgSO4.7H2O, % CaCl2, % FeSO4.7H2O and incubated at 37 C for 24 h [6]. Following incubation, separated and morphologically different colonies were selected and individually isolated. Totally 5 bacterial strains were isolated from the collected samples Screening Of Cellulolytic Bacteria The isolates were then transferred to fresh Nutrient Broth medium containing 1% CMC, 0.02 % MgSO4.7H2O, % CaCl2, % FeSO4.7H2O and incubated at 37 C for 24. After 1 day incubation, the resulting bacterial cultures (100 µl) were cultured on Nutrient Agar plates and incubated overnight at 37 ºC. After 24 h incubation time, the plates were flooded with 2 ml 1% Congo red for 15 min followed by destaining with 1 M NaCl and distile water for 15 min [7]. Between the isolated strains, three isolates that have higher cellulolytic activity were selected according to clearing zone around the isolates in the plate Identification Of The Isolated Bacteria The purified and selected isolates were characterized morphologicall by Gram staining and identified with the 16S rrna sequence analysis. The 16S rrna sequence analysis were performed at RefGen company, İstanbul, Turkey. By using UNI27F/1492R primer pairs, 16S rrna gene sequences of the isolates were amplified by PCR and sequenced with the same primer pairs. The sequences were analyzed with results of the NCBI (National Center for Biotechnology Information) Blast database (htpp://blast.ncbi.nlm.nih.gov/blast.cgi) to search 16S rrna similar sequences with the isolates Determination Of Cellulolytic Activity Of The Isolated Bacteria The activity of carboxymethyl cellulose of the selected three strains were determined by measuring the release of reducing sugars from CMC in the liquid medium supernatants of the isolates. For the activity analysis, from every selected isolates, a pure single colony was selected and cultured in nutrient broth containing CMC for 7 and 14 days at 37 C and 120 rpm. After 7 and 14 days incubation, 4 ml incubation liquid were collected from the cultures and the cells removed by centrifugation at 15000xg for 15 minutes. Then, in test tubes, 1 ml of 1 % CMC were mixed with 1 ml of culture supernatants in 250 µl 0.1 M sodium acetate buffer (ph 5.5). The test tubes were incubated at 60 C for 15 min. After incubation, 0.5 ml were taken from every test tubes and added to 1.5 ml dinitrosalicylic acid (DNS) solution. The mixture was boiled in a water bath for 5 min and cooled in ice. The color change due to the reaction of glucose with DNS was determined by measuring the optical density at 540 nm with Libra S70 UV/Vis Spectrofotometer (Biochrom, UK). One unit of the enzyme activity was defined as the amount of enzyme need to release 1 μmol glucose per minute, expressed as units per milliliter [8]. 3. RESULTS AND DISCUSSION 3.1. Isolation and Identification of Cellulolytic Bacteria As described in the section 2.2., isolated bacterial cultures in plates were stained with 2 ml 1% Congo red for 15 min and were washed with 1M NaCl and distilled water. Among the isolated strains, 3 bacterial strains 2635

125 Isolation and identification of cellulolytic bacteria from the cattle s feces M. Inal, H. Topuz, H. Keskin, Z. Gün Gök, B. Çağdaş Tunalı, M. Yiğitoğlu which have enough surrounding zones are selected for further studies. The isolates with the largest environmental zone exhibit the best cellulase activity. In this study, the largest surrounding zone therefore the highest cellulase activity was seen in the HH12 isolate (Fig 1). Figure 1. Appearance of surrounding zones in the plates of izolates as a result of staining with Congo red. (A) HH12, (B) HH22 and (C) Yellow 1 The purified and selected isolates were then characterized morphologically by Gram staining method. Gramstained bacterial strains were examined under microscope at 100x using immersion oil. According to this method, purple ones are described as gram positive and pink ones are described as gram negative. Gram features and shapes of obtained pure bacterial cultures were expressed in Table 1. Table 1. Gram features and shapes of isolates Name of Isolate HH12 HH22 Yellow 1 Features Gram positive, coccus Gram negative, bacillus Gram negative, bacillus After the obtained cellulosic isolates were characterized by gram staining, they identificated by 16S rrna Sequence Analysis method. The phylogenetic tree of 16S rrna results is given in Figure

126 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Figure 2. Phylogenetic tree showing genomic similarities of isolates When the phylogenetic tree was examined, HH12 was identified as Enterococcus casseliflavus with 100% homology, HH22 was identified as Rheinheimera salexigens with 99% homology and Yellow 1 was identified as Shigella sonnei with 100% homology Determination Of Cellulolytic Activity Of The Isolated Bacteria Obtained and identified bacterial strains were incubated in liquid culture medium for 7 and 14 days. The rates of CMC degradation and enzyme activities of incubated bacterial cultures were determined by DNSA experiments and the results are given in Table 2. Table 2. Results of CMC degradation and enzyme activities for 7 and 14 days incubated isolates Name of Isolate Absorbance Degredation (%) Enzyme activity (µmol/min) 7 days 14 days 7 days 14 days 7 days 14 days HH HH Yellow Cellulase activities of cattle isolates were found very close to each other. It was determined that the enzyme activity was increased by the increase of the time. At the end of 14 days, HH12 had a degradation rate of 11.56% and enzyme activity of μmol/min, HH22 had a degradation rate of 11.12% and enzyme activity of μmol/min, and Yellow 1 isolate had a degradation rate of 14.12% and enzyme activity of μmol/min. It is thought that cattle isolates give better results with 14 days of incubation because of the slow rate of growth of these isolates. This result has been determined to be highly compatible with other studies. 2637

127 Isolation and identification of cellulolytic bacteria from the cattle s feces 4. CONCLUSION M. Inal, H. Topuz, H. Keskin, Z. Gün Gök, B. Çağdaş Tunalı, M. Yiğitoğlu In this study, isolation and identification of cellulosic bacterial strains from cattle were performed to participate in animal feeds. According to the results obtained from the studies; various bacterial strains were successfully obtained from cattle feces, 3 bacterial strains with the highest cellulase activity (HH12, HH22 and Yellow 1) were allocated for further studies, HH12 was characterized as gram positive, coccus, HH22 and Yellow 1 were determined as gram negative, bacillus. As a result of 16S rrna sequence analysis, HH12 was defined as Enterococcus casseliflavus with 100% similarity, HH22 was defined as Rheinheimer salexigens with 99% similarity and Yellow 1 was defined as Shigella sonnei with 100% similarity. The CMC degredation rates of bacterial strains after 14 days were in the range of 11-15% and the cellulase activities were between µmol/min. Microorganisms that we have obtained at the end of the study, can be defined as "beneficial microorganisms" that positively affect the microflora in the digestive tract of animals. In order to increase health, efficiency and performance in ruminants, the use of probiotic adjuncts without risk of releasing residues in animal products has become more important than antibiotics. In addition, although there is a high probability that natural strains with probiotic potentials are present in regions such as our country, the studies in this area are limited. The identification of probiotic strains has growing importance in the fields of health and food. Thus obtained isolates in this study will be used as animal feed additives and as a result of that probiotics of present used as a feed additive will be increased in our country. With the isolation of bacterial strains from animal sources and development strains as feed additives, infections will be prevented, digestive activities will be regulated, feed utilization rate and growth will be increased, vitamin synthesis / absorption of oily vitamins will be increased, bone growth will be supported, the immune system will be strengthened, toxin neutralization will be ensured, cholesterol control will be provided, allergic reactions will be prevented, yeast and fungal infections on skin will be prevented. ACKNOWLEDGMENT The study was financially supported by the Republic of Turkey, Ministry of Science, Industry and Technology (TÜBİTAK) under the project no 1919B The authors would like to thank for supporting to TUBITAK. REFERENCES [1]. Mansur, E., ''Selüloz nedir?'', Bilgi Ustanız, (2017),(online), Available: seluloz-nelerde-bulunur [2]. Karaayvaz, B.D., Alçiçek, A., Ruminantlarda Probiyotik kullanımının rumen parametrelerine etkisi. IV. Ulusal Zootekni Bilim Kongresi, Isparta Türkiye, 1-3 Eylül, p , [3]. Newbold, C.J.,, Wallace, R.J., Mcintosh, F.M., Mode of action of the yeast Saccharomyces cerevisiae as a feed additive for ruminants. British journal of Nutrition 76; , [4]. Diler, A., Probiyotik + Enzim Kombinasyonunun Esmer Irkı Buzağılarda Yemden Yararlanma ve Büyüme Performansı Üzerine Etkileri. Yüksek Lisans Tezi. Atatürk Üniv Fen Bilimleri Enstitüsü, Zootekni Programı. Erzurum, [5]. Alçiçek, A., Hayvan besleme ve yem endüstrisinde probiyotik kullanımı, TÜSEDAD 21; 22-23, [6]. Li, W., Zhang, W.W., Yang, M.M., Chen Y.L., Cloning of the thermostable cellulase gene from newly isolated Bacillus subtilis and its expression in Escherichia coli, Mol Biotechnol 40; , [7]. Wood, P.J., Erfle, J.D., Teather, R.M., Use of complex formation between Congo red and polysaccharides in detection and assay of polysaccharide hydrolases, Methods Enzymol 160; 59-74, [8]. Yang, W., Meng, F., Peng, J., Han, P., Fang, F., Ma, L., Cao, B., Isolation and identification of a cellulolytic bacterium from the Tibetan pig's intestine and investigation of its cellulase production, Electronic Journal of Biotechnology 17(16); ,

128 The Effect of Temperature in the Hydrolysis Reactor on the Production of Electric Energy in the Fuel Cell-Boron Combined System A..Yılmaz 1,*, S. Şevik 2 1* Batman Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği, Batman, Türkiye 2 Hitit Üniversitesi, Teknik Bilimler MYO, Elektrik ve Enerji, Çorum Abstract The effect of temperature in the hydrolysis reactor on the production of electric energy in the fuel cellboron combined system has been analyzed. Experiments at three different temperatures were carried out by keeping NaBH 4, C 6 H 8 O 7 used as catalyst, and pure water loading constant. Based on the 30-minute process, when the temperature was increased from 40 ºC to 60 ºC, the average voltage increased by 4.9%. When it is increased to 80 º C, it is an increase of 5.1%. Increase in temperature from 40 ºC to 60 ºC has no effect on the electricity generation period. However, when the temperature is increased from 60 ºC to 80 ºC, it is seen that the electricity production period has reached 45 minutes. It is recommended that the hydrolysis temperature is not lower than 80 ºC. Keywords: PEM fuel cell, sodium borohydride, hydrolysis, electricity generation, temperature 1. GİRİŞ Alternatif enerji kaynaklarına yapılan yatırımın payı giderek artarken, konvansiyonel enerji kaynaklarının tercih edilebilirliği hızla düştüğü bir döneme girilmiştir. Bu bağlamda, yenilenebilir enerji kaynaklı enerji üretim teknolojilerinde de hızlı bir değişim yaşanmaktadır. Bu kaynaklar arasında bazıları bir adım öne çıkmaktadır. Bunlardan biri de temiz, çevreye zarar vermeyen ve verimli enerji dönüşümünün yapılabildiği yakıt hücresi teknolojisidir. Hidrojen (H2) ve oksijen (O2) arasındaki elektrokimyasal reaksiyon ile sürekli çalışan piller veya elektrokimyasal makinalar olarak adlandırılmaktadır. Yakıt hücresi konusunda yaklaşık 200 yıl önce başlayan çalışmalar, 1990 lı yıllardan itibaren ticari ve endüstriyel anlamda ar-ge çalışmalarının yoğunluk kazandığı görülmektedir. Yakıt hücreleri ağırlıklı olarak kullanılan elektrolit ve yakıt türlerine göre sınıflandırılır. Bunlar; Proton değiştirme membranı yakıt hücresi (PEMFC), doğrudan metanol yakıt hücresi, fosforik asit yakıt hücresi, alkali yakıt hücresi, katı oksit yakıt hücresi ve erimiş karbon yakıt hücresi olarak sayılabilir. PEMFC düşük çalışma sıcaklığı, hızlı açma/kapatma davranışı ve uzun servis ömrü nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. PEMFC üzerinde pek çok çalışma yapılmıştır [1-7]. Rajalakshmi vd., reaktant gazların nemlendirilmesinin performansa olumlu etki yaptığını, buna karşın nemlendirme miktarının aşırı artmasıyla performansın azaldığını ifade etmişlerdir [1]. Williams vd., yakıt hücrelerinin performansı, su ve ısı yönetimi, reaktantların stokiyometrisi, gazların debisi, hücre sıkıştırma basıncı, sıcaklık, basınç ve reaktant gazların nemlendirilmesi * Corresponding author. address: 2639

129 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-21October 2017, Elazığ, Turkey gibi farklı çalışma şartlarından etkilendiğini, bunların da yakıt hücresi iç voltaj kaybını tetikleyen aktivasyon kaybı, dirençsel kayıplar ve kütle transfer kayıplarını etkilediğini belirtmişlerdir [2]. Xu vd., PEMFC yüksek sıcaklıklarda çalıştırıldığında, azalan bağıl nem (RH), artan membran ve elektrot direnci, katot aktivasyon kaybı ve oksijen transfer kaybı gibi nedenlerle performansının oldukça düştüğünü belirtmişlerdir [3]. Eker vd., hücre genişliği sabitken akış kanal genişliğinin arttırılmasıyla akım yoğunluğunun azaldığını ifade etmişlerdir [4]. Dincer[5],PEM yakıt hücresinin katod kısmı yitriya stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) ile kapladığında çalışma süresinin arttığını belirtmiş, Dincer vd. [6] ise PEM yakıt hücresinin anot kısmını elektrospin metoduyla YSZ+SDC+NaCaNiBO ile kapladıklarında çalışma süresinin arttığını belirtmişlerdir. Kahraman vd.[7], hücre sıkıştırma basıncının beş santimetrekare aktif alanı bulunan tek hücreli bir PEM yakıt hücresi performansı üzerindeki etkisini deneysel olarak analiz etmişlerdir. 12 Nm sıkıştırma torkuna kadar performansın arttığını buna karşın dirençsel kayıp ve kütle transfer kaybı bölgelerinde sıkıştırma torku 12 Nm den 20 Nm ye yükseltildiğinde hücre performansının oldukça düştüğünü belirtmişlerdir. Yakıt hücrelerinde yakıt olarak kullanılan hidrojen gazı en basit olarak suyun elektrolizi ile üretilebilmesine rağmen elektroliz için bir enerji girdisine ihtiyaç duyulmaktadır. Bir diğer alternatif de hidrojen gazının direkt yakıt olarak kullanılmasıdır. İçerisinde hidrojen gazının depolanabildiği ve özel koşullarda üretilen bir bor bileşiği olan sodyum borhidrür (NaBH4) buna en iyi örnektir. NaBH4 bileşiğinden alkali çözeltilerin katalizörlüğüyle hidrojen gazı üretilebilir. Bununla birlikte yakıt hücresi sistemlerinde hidrojenin depolanması önemli bir sorundur. Buna karşın hidrojen, çeşitli katı ve sıvı bileşikler (metal hidrürler, karbon nano yapılar, alanatlar, borohidritler, metan, metanol ve hafif hidrokarbonlar) içerisinde kimyasal veya fizyokimyasal olarak depolanabilir [8]. Bor minerallerinden üretilen NaBH4, önemli bir hidrojen depolama yöntemi olarak görülmektedir [9]. Schlesinger vd., tarafından 1953 yılında, NaBH4'ün hidrolizi, indirgeyici bir madde olarak ve hidrojen üretiminde kullanımı konusunda bir çalışma yapılmıştır [10]. Tübitak Marmara Araştırma Merkezi (TÜBİTAK MAM) ve Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü (BOREN) tarafından NaBH4 elde edilmesi ve onu direkt olarak kullanan yakıt hücresi üretimi üzerinde ar-ge çalışması yapılmıştır [11]. Yakıt hücrelerinde enerji kaynağı olarak bor bileşiklerinin kullanılması stratejik bir önem arz etmektedir. Bu stratejik öneme katkıda bulunmak adına bu çalışmada, bir polimer elektrolit membran yakıt hücresi (PEMFC) ile bir hidrojen tedarikçisi olarak NaBH4 hidroliz reaktörü birleştirilerek oluşturulan bir sistemde hidroliz reaktöründeki sıcaklığın elektrik üretimi üzerindeki etkisi analiz edilmektedir. 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Materyal Deneysel düzenek; H2(g) üretim tankı, H2(g) nemlendirme birimi, PEM yakıt hücresi, pervane ve mikrodenetleyicili LED li ışık ünitesinden oluşmaktadır. NaBH4 destekli bir hidrojen/hava PEM yakıt hücreli deney düzeneğinin şematik görünümü Şekil 1 de gösterilmektedir. Deney düzeneğinde önce H2 üretilmekte ardından ise H2 gazı yakılarak elektrik üretimi gerçekleştirilmektedir. Şekil 1. NaBH4 destekli bir hidrojen/hava PEM yakıt hücreli deney düzeneği Sodyum borhidrür (NaBH4) NaBH4, hidrojen üretimi için ağırlıkça ve hacimce yüksek seviyede hidrojen depolama yoğunluğuna sahip bir üründür. Bu ürün kullanılarak yüksek saflıkta hidrojen (H2) üretimi (% 99.99) kolayca gerçekleştirilebilir. NaBH4 Na+B+H2 (1) H2 üretimi; Katalitik olarak H2 veren ve görünüş ve kristal yapısı beyaz kübik kristal şeklinde olan NaBH4, saf su ve katalizör olarak sitrik asit (C6H8O7) tepkimesi ile gerçekleşmektedir. 2640

130 The Effect of Temperature in the Hydrolysis Reactor on the Production of Electric Energy in the Fuel Cell-Boron Combined System A. Yılmaz, M.E. Demir, S. Şevik NaBH4 hidrolizi, Eşitlik 1'de olduğu gibi, hidrojen gazı salan ekzotermik bir reaksiyondur [10]: NaBH4 (aq) + 2 H2O 4 H2 + NaBO2 (aq) + ~ 300 kj (2) Ağırlıkça % 30 NaBH4 çözeltisi, hacimsel depolama verimi yaklaşık olarak 63 g H2/L ile sıkıştırılmış H2 ye göre daha avantajlıdır [9]. NaBH4 ün hissedilir seviyede bir hızda reaksiyona girmesi dolayısıyla H2 gazının üretiminin aktivasyonu ve kontrolü için bir katalizör gereklidir. Yapılan çalışmalarda Co, Ni, Pt-TiO2, Pt- CoO, Pt-LiCoO2, vb. gibi katalizörler kullanılmaktadır. Eşitlik 2 reaksiyonu, ağırlıkça yüksek yoğunlukta sulu çözeltilerde hidrojenin depolanmasını mümkün kılmaktadır. NaBH4 ve H2O nun karışımında depolanan H2 miktarı, karışım ağırlığının % 10.8 idir [9]. Ancak Eşitlik 1, H2O dan hidrojen ayrılmasını da sağladığı için ve suyun hidrojen içeriği artar. NaBH4 konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, belirli bir hacimde daha fazla hidrojen depolanabilir Proton değiştirme membranı yakıt hücresi (PEMFC) Yakıt hücresi, bir elektro-kimyasal reaksiyon yoluyla hidrojen ve oksijenin kimyasal enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren statik bir cihazdır. Yakıt, sisteme verildiği sürece elektrik enerjisi üretebilir; bir başka ifadeyle, akülerin aksine şarj edilmeden elektrik üretebilir. Şekil 2, proton ileten bir yakıt hücresinin blok şemasını göstermektedir. Şekil 2. Proton ileten yakıt hücresinin blok şeması [12] Sistemdeki PEMFC; iki kutuplu levhalar (bipolar plakalar), elektrotlar, katalizör, zar (membran), akım toplayıcılar ve contalar gibi gerekli donanım bileşenlerinden oluşur. Bazı yakıt hücresi parçaları Şekil 3 te verilmektedir. a) Bipolar plaka c) Elektrokatalizör b) Membran elektrot d) Elektrokatalizör bileşenleri Şekil 3. Yakıt hücresi parçaları 2641

131 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-21October 2017, Elazığ, Turkey Yakıt hücresi temel olarak katotlar, elektrolit ve yakıttan oluşur. Pozitif ve negatif terminaller sırasıyla katot ve anot olarak bilinirler. Bunlar, elektrolit içerisinden ve dış elektrik devresi ile birbirine bağlantılı iki terminaldir. Anot ve katot, yakıtın, pozitif yüklü hidrojen iyonları ve elektronlar üreten oksidasyon reaksiyonlarına girmesine neden olan katalizörler içerir. Sürekli olarak katod tarafına oksidan verilirken anod tarafı yakıt ile beslenir. Anod kutbuna gönderilen H2, anot üzerindeki gaz kanallarından geçerken protonlara (H + ) ayrışır. Elektrolit sadece protonların geçişine izin verdiğinden H + elektrolit üzerinden katoda geçer. Elektronlar (e - ) ise dış devre yoluyla katoda gelir, katottaki gaz kanallarından geçen hava ise katoda gelir ve katot kutbunda oksijen, proton ve elektronların reaksiyona girmesi neticesinde H + ve e -, O2 ile birleşir ve bazı tiplerinde bir miktar CO2 de üretilmekle birlikte yakıt hücresinin en önemli avantajı olarak görünen su elde edilir. Elektronların dış devre yoluyla iletilmesi ile de elektrik akımı üretilir. Yakıt hücresinde gerçekleşen temel reaksiyonlar, aşağıdaki eşitliklerde verilmektedir. Anod tarafı: H2 2H + + 2e (3) Katod tarafı: 1/2O2 + 2H + + 2e H2O (4) Genel reaksiyon: H2 + 1/2O2 H2O (5) Kullanılan PEM yakıt hücresi, 0-6 V DC arası gerilim ve maksimum 3 W güç çıkışı kapasitesine sahiptir. PEM yakıt hücresinde güç üretimi gerçekleşmesi esnasında ısı çıkışı olacağından soğutma için yakıt hücresi üzerinde DC ile çalışan bir fan kullanılmıştır Yöntem Hidroliz reaktöründe H2(g) üretimi Saf NaBH4 ağırlıkça %10.8 hidrojen içerir fakat hidrojenin gaz olarak alınabilmesi için su ile katalitik hidroliz tepkimesine girmesi gerekir, su ile tepkimeye girdiğinde NaBH4 den elde edilen toplam H2 miktarı artarak, ağırlıkça % 21.2 e ulaşır. Hidroliz tankında farklı sıcaklıklar oluşturularak sıcaklığın H2 ve elektrik üretimi üzerindeki etkisini araştırmak üzere deney düzeneği hazırlanmıştır. Nemlendirici içerisine 25 ml su eklenmiştir. Herbir deney için hidroliz tankına 40, 60 ve 80 C sıcaklıklarında 120 ml saf su doldurulmuş ve 3 g NaBH4 eklenmiştir. Ancak, bu durumda tepkime hızı çok yavaş ve H2(g) üretimi çok azdır.daha sonra üzerine tepkime hızını hissedilir bir seviyede artırılması amacıyla H2(g) üretiminin aktivasyonu ve kontrolü için katalizör olarak 0.3 g sitrik asit (C6H8O7) eklenmiştir (Şekil 4). a) Su ve NaBH4 karışımının hazırlanışı b) Karışıma C6H8O7 eklenmesi 2642

132 The Effect of Temperature in the Hydrolysis Reactor on the Production of Electric Energy in the Fuel Cell-Boron Combined System A. Yılmaz, M.E. Demir, S. Şevik c) Deneydüzeneğinin görünüşü Şekil 4. Deney düzeneğinin hidrojen üretimine hazırlanması Hidroliz tankında bir miktar basınç yapacağı için gerekli tedbirler alınmıştır. Üretilen H2(g) nemlendiriciden kabarcıklar halinde çıkarak PEM yakıt hücresinin H2 giriş kanalından yakıt piline girer PEM ile elektrik üretimi Üretilen H2(g),PEM yakıt hücresinin H2 giriş kanalından yakıt piline girer. Kısa bir süre sonra yakıt hücresinde güç üretilir. Önce pervane çalışmaya başlar, ardından LED li ışık düzeneği yanmaya başlar. 4. SİSTEMİN TEORİK ANALİZİ Deneysel çalışmada, PEM yakıt hücresinde güç üretiminin gerçekleştiği süre içerisinde üç dakika aralıkla yakıt hücresi çıkışındaki gerilim ve bağlı yükler (pervane, LED li ışık düzeneği) ile yakıt hücresinden gelen akım ve gerilim ölçümleri Fluke 43B ölçü aleti vasıtasıyla yapılabilir. Elde edilen değerler aşağıdaki eşitlikte yerine konarak güç hesabı yapılabilir. Güç (P) = Gerilim (V) x Akım (I) (6) Yüksüz gerilim (E); aktivasyon (Vact), omik (Vohm) ve konsantrasyon (Vconc) aşırı gerilimleri tarafından azaltılır. Hücre gerilimi (Vcell); Vcell = E Vact Vohm Vconc (7) Gerçek hücre voltajı şu şekilde yazılabilir: Vcell = Veq -µ (8) Burada; Vcell deneysel polarizasyon eğrisinden deneysel hücre voltajı, Veq teorik denge hücre gerilimi (katot dengesi potansiyeli ve anot denge potansiyeli arasındaki farka eşittir), µ toplam aşırı gerilimdir. Seri bağlı hücrelerin yığın gerilimi (Vstack); Vstack = Vcell x hücre sayısı (9) Ortalama akım yoğunluğunda gerilim düşümü lineer olarak kabul edilebilir. Rmemb, kωcm 2 cinsinden membran direnci, tmemb, membran kalınlığı, σmemb, membran iletkenliğini ifade eder. Vohm = I x Rmemb (10) tmemb Rmemb = σ memb (11) Isıl verim yararlı enerjinin reaksiyon sonucu ortaya çıkan kimyasal enerjiye oranı ile belirlenir. η=yararlı enerji/ H (12) Tersinir olarak çalışan bir yakıt hücresinin ideal verimi: ηi= G/ H=-nFVi/ H (13) Yakıt hücresinin gerçek verimi: ηi=-nfvg/ H (14) Yakıt hücresinin verimliliği, üretilen gücün aynı miktarda hidrojeni oksitleyerek üretilen maksimum teorik güce bölünmesiyle yani ikinci kanun verimliliği ile ifade edilir. 2643

133 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-21October 2017, Elazığ, Turkey % verimlilik=100%x(güç çıkışı/maksimum güç) (15) Akımın sabit olduğu varsayılırsa, P = IV, bu formül basitleştirilebilir: % verimlilik=100%x(voltaj çıkışı/maksimum voltaj) (16) Çalışma voltajının ideal voltaja oranı ideal voltaja göre verim ifadesini verir ve aşağıdaki gibi formüle edilir. ηv=-vg/vi (17) 5. BULGULAR VE TARTIŞMA Deney düzeneği önceki bölümde belirtildiği gibi hazırlanmış ve H2(g) ve DC gerilim üretilmesi için çalıştırılmıştır. Deney düzeneğinin çalışması esnasında, NaBH4 hidrolizinden elde edilen H2(g) ile çalışan PEM yakıt hücresinde güç üretimi boyunca üç dakika aralıkla yakıt hücresi çıkışındaki gerilim, bağlı yük ve yüksüz olarak ölçülmüştür. Şekil 5 te zamana bağlı olarak hidroliz tankındaki ağırlık kaybının değişim grafiği verilmiştir. Şekil 6 da zamana bağlı gerilim değişim grafiği verilmiştir Ağırlık kaybı (gr) Ağırlık (g)-40 C'de Ağırlık (g)-60 C'de Ağırlık (g)-80 C'de Ağırlık (g)-80 C'de fanlı Zaman (dakika) Şekil 5. Zamana bağlı olarak hidroliz tankındaki ağırlık kaybının değişimi 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Gerilim (V) Zaman (dakika) Şekil 6. Zamana bağlı gerilim değişimi Gerilim (V)-40 C'de Gerilim (V)-60 C'de Gerilim (V)-80 C'de Gerilim (V)-80 C'de fanlı Zamana bağlı hidroliz sıcaklıkları değişimi Şekil 7 de, hidroliz sıcaklıkları ve gerilim değerlerinin zamanla değişimi ise Şekil 8 de verilmiştir. Hua vd. tarafından yapılan çalışmada, NaBH4 ün hidrolizi eğer 25 ºC den yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilirse reaksiyonun verimliliğinin yaklaşık % 90 a ulaşılabileceğini buna karşın sıcaklık 15 ºC ye düşürülürse de verimlilikte yaklaşık % 78 lik bir azalma olabildiği görülmektedir [13]. Ayrıca, Richardson vd. tarafından yapılan çalışmada ise, reaksiyon sıcaklığında 5 ºC lik bir artışın hidrojen üretiminin % 50 oranında artırabildiği görülmektedir [14]. Bu çalışmada da sıcaklığın artmasıyla birlikte reaksiyon oldukça hızlı gerçekleşmekte ve reaksiyon verimliliği yüksek değerlere ulaşmaktadır. 2644

134 The Effect of Temperature in the Hydrolysis Reactor on the Production of Electric Energy in the Fuel Cell-Boron Combined System A. Yılmaz, M.E. Demir, S. Şevik Hidroliz sıcaklığı ( o C) Karışım sıcaklığı ( C)-40 C'de Karışım sıcaklığı ( C)-60 C'de Karışım sıcaklığı ( C)-80 C'de Karışım sıcaklığı ( C)-80 C'de fanlı Zaman (dakika) Şekil 7. Zamana bağlı hidroliz sıcaklıkları değişimi ( o C) (V) Karışım sıcaklığı ( C)-40 C'de Karışım sıcaklığı ( C)-60 C'de Karışım sıcaklığı ( C)-80 C'de Karışım sıcaklığı ( C)-80 C'de fanlı Gerilim (V)-40 C'de Gerilim (V)-60 C'de Zaman (dakika) Şekil 8. Hidroliz sıcaklıkları ve gerilim değerlerinin zamanla değişimi Sıcaklık artış oranına bağlı olarak sıcaklık artışıyla hidroliz işlemi oldukça hızlanmıştır. 30 dakikalık süreç baz alındığında sıcaklık 40 ºC den 60 ºC ye çıkarıldığında ortalama gerilim değerinde % 4.9 oranında, 80 ºC ye çıkarıldığında ise % 5.1 oranında bir artış olmuştur. Sıcaklığın 40 ºC den 60 ºC ye artırılmasının elektrik üretim süresi üzerinde etkisinin olmadığı görülmüştür. Buna karşın sıcaklık 60 ºC den 80 ºC ye çıkarıldığında, elektrik üretim süresi 30 dakikadan 45 dakikaya çıkmıştır. İdeal voltaja göre verim değeri ortalama % 77 den %83 e değişim göstermektedir. 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER NaBH4 hidroliz reaktörü destekli bir PEMFC sisteminde hidroliz reaktöründeki sıcaklığın elektrik üretimi üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Sıcaklık, gerilim ve ağırlık kaybı değerleri üç dakika zaman aralıklarında yapılan ölçümlerle gözlemlenmiştir. NaBH4 hidrolizinde düşük sıcaklıklarda hidrojen gazı üretiminin gerçekleşebilmesine rağmen yüksek sıcaklıklarda NaBH4 bileşiğinin suda daha kolay çözülebildiği ve hidrolizde tepkime hızının hissedilir bir düzeyde arttığı görülmüştür. 30 dakikalık süreç baz alındığında sıcaklık 40 ºC den 60 ºC ye çıkarıldığında ortalama gerilim değerinde % 4.9 oranında, 80 ºC ye çıkarıldığında ise % 5.1 oranında bir artış olduğu, sıcaklığın 40 ºC den 60 ºC ye artırılmasının elektrik üretim süresi üzerinde etkisinin olmadığı buna karşın sıcaklık 60 ºC den 80 ºC ye çıkarıldığında elektrik üretim süresinin 30 dakikadan 45 dakikaya çıktığı görülmüştür. Hidroliz sıcaklığının 80 ºC den daha düşük olmaması önerilmektedir. 0 Gerilim (V)-80 C'de 2645

135 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-21October 2017, Elazığ, Turkey KAYNAKLAR [1] Rajalakshmi, N., Raja, M., Dhathathreyan, KS. Evaluation of current distribution in PEMFC by segmented cell Approach. J. Power sources 112; , [2] Williams, MV., Russell Kunz, H., Fenton, JM. Analysis of polarization curves to evaluate polarization sources in hydrogen/air PEM fuel cells. Electrochem. Soc., 152(3);A635-A644, [3] Xu, H., Russell Kunz, HR., Fenton, JM. Analysis of proton exchange membrane fuel cell polarization losses at elevated temperature 120 C and reduced relative humidity. Electrochim Acta, 52; , [4] Eker, E., Taymaz, İ. Akış kanalı genişliğinin PEM tipi yakıt hücresi performansına etkisinin incelenmesi. SAÜ. Fen Bil. Der. 17;35-40, [5] Dincer, K.PEM Yakıt hücresinin katod tarafı performansının geliştirilmesi. Selçuk ÜniversitesiTB MYOTeknik- Online Dergi 13(2);38-49, [6] Dincer, K., Şahin, O., Yayla, S., Avcı, A. Anot tarafı elektrospin metodu ile YSZ+SDC+nacanibo ile kaplanmış PEM yakıt hücresinin performansının deneysel olarak incelenmesi. Selçuk ÜniversitesiTB MYOTeknik-Online Dergi 13(1);12-24, [7] 7 Kahraman, H., Çevik, I., Coşman, S. Sıkıştırma basıncının PEM yakıt pili performansına etkisi. ISITES2014, 1-10, Karabük, Türkiye, [8] Ma, J., Su, Y., Zhou, Y., Zhang, Z. Simulation and prediction on the performance of a vehicle s hydrogen engine. Int. J. Hydrogen Energy 28;77-83, [9] Wu, Y., Mohring, RM. Sodium borohydride for hydrogen storage. Prepr. Pap. Am. Chem. Soc. Div. Fuel Chem., 48;940, [10] Schlesinger, HI., Brown, HC., Finholt, AE. et. al. Sodium borohydride, its hydrolysis and its use as a reducing agent and in the generation of hydrogen. J. Am. Chem. Soc. 75;215, [11] İnger, E., Özdemir, Z., Yaşar, İ., Tırıs, M., Bahar, T., San, FGB. Sodyum borhidrür üretimi ve doğrudan sodyum borhidrürlü yakıt pili üretimi ve entegrasyonu. Türkiye 10. Enerji Kongresi, Kasım, İstanbul, [12] 12 Das, V., Padmanaban, S., Venkitusamy, K., Selvamuthukumaran, R., Blaabjerg, F., Siano, P. Recent advances and challenges of fuel cell based power system architectures and control A review. Renewable and Sustainable Energy Review 73;10-18, [13] Hua, D., Hanxi, Y., Xinping, A., Chuansin, C. Hydrogen production from catalytic hydrolysis of sodium borohydride solution using nickel boride catalyst. Int. J. Hydrogen Energy, 28; , [14] Richardson, BS., Birdwell, JF., Pin, FG., Jansen, JF., Lind, RF. Sodium borohydride based hybrid power system. J. Power Sources 145;21-29,

136 Usability in Vehicles of PEM Fuel Cells A. Yılmaz 1,*, S. Ünvar 2, S. Şevik 3, M. Demir 4 1 Batman Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi,Enerji Sist. Müh., Türkiye, 2 Ağrı İbrahim Çeçen Üniversitesi, MYO, Elektrik ve Enerji Bölümü, Türkiye, 3 Hitit Üniversitesi, Teknik Bilimler MYO, Elektrik ve Enerji, Çorum, 4 Batman Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, Türkiye, Abstract Fuel cellis a generator that converts directly into electricitythrough the electrochemical reaction of the chemical energy of the fuel.fuel cells are finding use and application area increasing as a new energy production technology that can be environmentally friendly, highly efficient and quiet.fuel batteries have features that are easily applicable to vehicles such as cars, trucks and buses. Also, fuel cell powered vehicles are more productive application in terms of environment.in this study, the operating principle of the fuel cell with the historical development of fuel cells is discussed and also, further information on the application of fuel cells in vehicles was given. Proton Exchange Membrane which is more suitable for use in fuel cell vehicles is considered. Keywords: PEM fuel cell, Sodium borohydride,fuel cell vehicle * Corresponding author. address: (A.Yılmaz). 1. GİRİŞ İnsanoğlu yaşamının her alanında enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Enerji temel olarak yenilenebilir ve yenilenemeyen enerji kaynakları olmak üzere iki kaynaktan sağlanmaktadır. Fosil enerji kaynakları her geçen gün tükenmekte, çevreyi ve atmosferi kirletmektedir. Günümüzde rezervleri azalan fosil kaynakların yerine çevreyle dost, yenilenebilir enerji kaynakları gündeme gelmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında rüzgar, güneş, jeotermal, biyokütle, dalga enerjisi ve hidrojen enerjisi gelmektedir. Yakıt hücresi ve hidrojenin temiz birer yakıt olması nedeniyle, yaşamın çeşitli alanlarında kullanılabilirliği artmaktadır. Yakıt hücrelerinin doğada en fazla bulunan element olan hidrojen ile çalışıyor olması, atık olarak çevreye sadece su veriyor olması ve %60-70'lere varan verimi yakıt hücrelerini neredeyse ideal bir enerji kaynağı haline getirmektedir.enerji ve çevresel politikadaki çabalar sayesinde yakıt hücreleri ulaşım alanında söz sahibi bir konuma gelmektedir. Araçlarda, spor amaçlı taşıtlarda, kamyonlarda, minibüslerde ve uçaklarda tüketilen enerjinin yaklaşık olarak %97'si halen petrol kökenli kaynaklardan karşılanmaktadır [1]. Yakıt hücresi konusunda yaklaşık 200 yıl önce başlayan çalışmalar, 1990 lı yıllardan itibaren ticari ve endüstriyel anlamda ar-ge çalışmalarının yoğunluk kazandığı görülmektedir. Otomobil imalatçıları, yolcu taşıtları için çekiş gücü sağlayacak direkt hidrojen, polimer elektrolit yakıt hücresi sistemlerini geliştirmektedirler [2]. Eker vd., hücre genişliği sabitken akış kanal genişliğinin arttırılmasıyla akım yoğunluğunun azaldığını ifade etmişlerdir [3]. Dincer yaptığı çalışmada Yakıt hücresinin katod 2647

137 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey performansını ölçmüş ve geliştirilmesi için önerilerde bulunmuştur[4].polimer elektrolit yakıt hücreleri, çeşitli endüstriyel uygulamalara, taşımacılık sektörüne ve konut teknolojilerine uygulanmasında büyük bir potansiyele sahiptir. Bu uygulamaların çoğalmasıyla çevreye verilen zararın azalması ve ekonominin gelişmesi umut edilmektedir [5]. Thomas yaptığı çalışmada, 160 km den büyük herhangi bir araç aralığı için yakıt hücreleri; kütle, hacim, maliyet, ilk sera gazı azaltımı, yakıt ikmali süresi, doğal gaz veya biyokütle kaynağı, yaşam döngüsü maliyetleri ve enerji verimliliği açısından pillerden daha üstün olduğunu belirtmektedir[6]. Tipik bir yakıt hücresinin güç yoğunluğu 200Wh/lt'dir. Bu, akülerin güç yoğunluğunun yaklaşık 10 katıdır. Bu yüzden örnek olarak elektrikli araçlarda veya acil durumlar için güç kaynağı olarak ya da 500 kw'lık bir güç kaynağı olarak kullanılabilmektedirler. Bu doğa dostu, yüksek verimli enerji kaynağı gelecek vaat etmekle birlikte yakıt hücresi güç sistemi kurulumunun yüksek maliyeti, yaygın kullanımını sınırlayan temel sebeplerden biridir [7].Günümüzde, sodyum bordidrür (NaBH4) vitamin, antibiyotik,kağıt hamurunun ağartılması ve çözeltilerden değerli metallerin giderilmesi gibi pek çok alanda ticari olarak kullanılmasına rağmen son yıllarda, NaBH4 kaynaklı H2 üretimi ve üretilen gazın yakıt hücrelerinde kullanımı konularında da çalışmalar yapılmaktadır. NaBH4 kaynaklı H2 üretimi konusunda yapılan ilk çalışmalardan biri Schlesinger vd., tarafından 1953 yılında, NaBH4'ün hidrolizi, indirgeyici bir madde olarak kullanımı konusunda bir çalışma yapılmıştır [8]. Yılmaz vd. NaBH4 kullanarak H2 üreterek bir yakıt hücresinin performansının analiz etmişlerdir. Güce ve ideal voltaja göre ortalama verim değerleri sırasıyla % 41.5 ve % 82.2 olarak bulmuşlardır [9].Bu çalışmada ise, yakıt hücreleri, çalışma prensibi ve tarihi gelişimi ışığındayakıt hücrelerinin araçlarda uygulanabilirliği analiz edilmektedir Yakıt Hücrelerinin Tarihsel Gelişimive Çalışma Prensibi Yakıt hücreleri, dışarıdan sağlanan bir yakıt (en yaygını hidrojen) ve oksitleyici (en yaygını hava) ile bunların bir elektrolit ortamında reaksiyona girmesi ile oluşan kimyasal reaksiyon sonucu elektrik üretir. Elektrokimyasal olarak kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik ve ısı formunda kullanılabilir enerjiye çeviren ve elektrik üreten elemandır. Yakıt hücreleri temiz, çevreye zarar vermeyen ve yüksek verime sahip dönüşüm teknolojileridir. Yakıt hücresi konusunda ilk temel çalışma 1838'de William Grove tarafından yapıldığı kabul edilir. Grove seyreltik sülfürik (H2SO4) asit çözeltisine daldırılmış iki platin elektrottan oluşmuş bir sistemde hidrojen ve oksijen üretmeyi başarmıştır. 1893'de Friedrich Wilhelm Ostwald, yakıt hücresi içindeki her elemanın yakıt hücresi çalışmasındaki görevini ve etkisini araştırmıştır. Emil Baur, 1900 yılında, ünlü bilim adamı Nerst in başlattığı katı oksit elektrolit ile çalışan yakıt hücresi projesini başarıyla tamamlamıştır yılında Thomas Bacon tarafından yapılan çalışma yakıt hücresinin günümüzdeki konumuna gelmesini sağlayan en önemli çalışma olarak kabul edilebilir. Alkalin yakıt hücreleri üzerinde yapılan çalışmalar olmuş ve çalışmanın önemini kavrayan Pratt&Whitney şirketi bu projeye lisans vererek NASA programlarında kullanılmasını sağlamıştır [10].1952 yılında NASA tarafından uzay çalışmalarında enerji sağlayıcı olarak kullanılan yakıt pili, 1956 da uçaklarda, 1960'lı yıllarda kara taşıtlarında ilk olarak bir traktörde kullanılmış, 1980'li yıllarda yakıt hücreli tren 1990'lı yıllarda ise denizaltı ve uçaklarda kullanılmaya başlanmıştır yılından beri Montreal'de (Kanada) % hidrojen ve % doğal gaz karışımından oluşan hytane adlı yakıt ile bir otobüs çalıştırılmaktadır. Şekil 1 de basit bir yakıt hücresinin bileşenleri gösterilmektedir. Yakıt hücreleri, yakıt ve oksitleyicinin bileşimine, yakıtın dolaylı veya doğrudan beslenmesine, kullanılan elektrot ve elektrolit cinsine, operasyon sıcaklığına bağlı olarak çeşitli şekillerde oluşturulabilir. Bir yakıt hücresinin çalışması dışarıdan aldığı yakıt (anot tarafı) ve oksitleyici (katot tarafı) ile elektrolit denilen bir ortamda birleşerek bu ortam içerisinde reaksiyona girmesi ile anot tarafında: H2+2(OH)- 2H2O+2e -, katot tarafında: ½O2+H2O+2e - 2(OH), toplam reaksiyonda ise: H2+½O2 H2O+elektrik enerjisi+ısı olarak enerji elde edilmiş olur. Reaksiyona giren yakıt, elektron ve pozitif yüklü iyonlara ayrılır. Elektrolitik madde anyonların katoda geçişine izin verir fakat elektron geçişine izin vermez bu sebep ile elektronlar bir elektronik devre üzerinden akmaya zorlanır. Bir diğer işlemde geri toplanan elektronların anyonlarla ve oksitleyici ile birleşerek atık ürünlerin oluşması sağlanır. Bu iki işlem ile yakıt hücresinin içi hücrelerden farklı olarak kararlı kalarak ihtiyaç duyulan yakıt akışı sağlandığı sürece kimyasal reaksiyon devam eder ve elektrik üretimi sürekli hale gelir. 2648

138 Usability in Vehicles of PEM Fuel Cells A.Yılmaz, S. Ünvar, S. Şevik,M. Demir Şekil 1. Basit bir yakıt hücresinin bileşenleri [11]. Tablo 1 defarklı yakıt hücrelerinin içerdikleri elektrolitler, çalışma sıcaklıkları ve elektriksel verimleri gibi bazı özellikleri yer almaktadır. Yakıt hücresi, fosil yakıtların veya hidrojen gibi enerji kaynaklarının yakılması yerine, yakıt ile oksijenin elektro-kimyasal reaksiyonu sonucunda enerji üreten bir tür bataryadır. Yüksek verimleri sayesinde enerji tasarrufu sağlayan bir güç kaynağı olarak yakıt hücreleri, taşıt kullanımı için bir alternatif bir araçtır. Benzinli motorlar ile kıyaslandığında verimleri iki-üç katı daha yüksek olan ve % 60'ın üzerindeki termik verimlerine ek olarak yok denecek kadar az gürültü düzeyi, düşük egzoz emisyonları ve düşük ısı açığa çıkarma bakımından da avantajlıdırlar. Yakıt hücrelerinin temiz taşıt teknolojisinde önemli bir yere sahip olacağıümit edilmektedir[12]. Tablo 1.Farklı yakıt hücrelerine ait bazı özellikler[13] Yakıt Hücresi Çeşidi Elektrolit Çalışma Sıcaklığı ( C) Elektriksel Verim % 1 Alkali Yakıt Hücresi (AFC) Potasyum hidroksit çözeltisi Oda Sıc Fosforik Asit Yakıt Hücresi Sıvı fosforik asit (PAFC) 3 Erimiş Karbonat Yakıt Hücresi Alkali karbonatlar (MCFC) 4 Katı Oksit Yakıt Hücresi (SOFC) Stabilize zirkonyum Polimer Elektrolit Membran Proton iletken elektrolit membran Oda Sıc Yakıt Hücresi (PEMFC) 6 Doğrudan Metanol Yakıt Hücresi (DMFC) Sülfürik asit veya polimer Oda Sıc MATERYAL VE YÖNTEM 2.1. Yakıt Hücresi Enerji Üretimi Açık devre gerilimine göre eğer yakıt hücresinde hiç kayıp yoksa (işlemler tersinir), Gibbs serbest enerjisinin tamamı elektrik enerjisine dönüşür. Bu ideal duruma göre, tersinir açık devre gerilimi bulunur. Bir yakıt hücresinde üretilen her su molekülü ve kullanılan her hidrojen molekülü için 2 elektron devreden geçer. Böylelikle kullanılan 1 mol hidrojen için 2N elektron geçer (N: Avagadro sayısı) [11]. Bir elektronun yükü e (1.602 x Coulombs/elektron) ise, (1) Toplam transfer edilen yük: 2NNNN = 2FF Coulombs (2) F: faraday sabitidir ve değeri Coulombs/elektron-mol dür. E yakıt hücresinin gerilimi ise, yapılan elektriksel iş: Elektriksel iş= yük x gerilim = -2FE Joules (3) Eğer sistem tersinir ise yapılan iş Gibbs serbest enerjisine eşit olacaktır. Gibbs serbest enerjisi: gg ff = 2FF. EE (4) 2FF Açık devre gerilimi: E= gg ff [10] (5) h ff Tahmini en yüksek verim: = gg ff 100 (6) 2649

139 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Örnek verecek olursak 200 C de çalışan bir yakıt hücresinin tersinir açık devre gerilimi 1.14 V olarak hesaplanır. Yakıt hücresi teorik verimi genellikle bir mol yakıttan elde edilen elektrik enerjisinin tepkimenin entalpisine oranı olarak tanımlanır [11] Araç Uygulamaları Elektrikli taşıtlar 2000'li yılların yeni-temiz alternatif uygulamaları arasında ön sırada yer almaktadır. Enerjiyi doğrudan hattan alarak (tren, troleybüs, tramvay, metro gibi) araçlarda kullanılmaktadır. Enerjiyi depolanmış bir sistemden kullanarak (akülü taşıtlar, ultra kapasitörlü taşıtlar) ile de kullanımı mümkündür. Taşınabilir bir sistemden anında enerji üreterek (yakıt hücreli taşıtlar, güneş pilli-fotovoltaik pilli taşıtlar) ve hibrit elektrikli taşıtlar (benzinyakıt hücresi, motorin-yakıt hücresi taşıtları) şeklinde uygulamaları görülmektedir.bu uygulamalar içinde yakıt hücreli elektrikli taşıtlar pek çok avantaj ile öndedir ve geleceğin otomotiv teknolojisi içinde hidrojen kullanan yakıt hücreli elektrikli taşıt uygulaması çok büyük bir alan kaplaması beklenmektedir. Yakıt hücreleri; otobüs, kamyon, otomobil ve her türlü taşıt için yakıt görevi yapabilecek özelliklere sahiptir. Yakıt hücreli araçlar, benzin ve motorin ile çalışan araçlara göre daha temiz ve enerji bakımından daha verimli bir uygulamadır. Günümüzde taşıt emisyonlarının çevre kirliliği üzerindeki etkileri düşünüldüğünde, yakıt hücresi ile çalışan araçlar çevre dostu ve karlı bir seçimdir. Elektrikli araçlar içten yanmalı motorlara göre daha yüksek verimlidir. Kullanılan yakıtın enerji içeriğine bağlı olarak yakıt hücresi ile çalışan araçlarda güç üretimi %40-70 arasındadır. Hareketli parçası olmayan yakıt hücreleri kullanımında taşıtın gürültü kirliliği de görülür düzeyde azalmaktadır. Bir diğer avantaj ise, yakıt olarak hidrojen kullanıldığında araçlarda emisyon olarak sadece su oluşmasıdır[14].yakıt hücresi ile çalışan bir araca 160 litre saf hidrojen doldurulduğunda ortalama km yol almakta ve çıkabileceği maksimum hız ise 160 km/h dir [14]. Polimer elektron membranlı yakıt hücreleri (PEM) otomotiv sektöründe kullanılmakta ve önemli avantajlar sağlamaktadır. Bu avantajlar; küçük boyutta uygulanabilirlikleri, düşük sıcaklıklarda çalışmaları ve bu sıcaklıklarda kolayca yüksek güç üretimine geçebilmeleridir. Ek olarak, yüksek verimde çalışmaları, % seviyesinde maksimum teorik voltaj üretebilmeleri ve güç ihtiyacındaki değişikliklere hızlı cevap verebilmeleri de PEM yakıt hücrelerini tercih edilir konuma getirmektedir [15]. Yakıt hücresinin bir araçta kullanım şeması Şekil 2 de gösterilmiştir. Şekil 2. Yakıt hücresinin bir araçta kullanımı [9]. Tablo 2 de farklı batarya tipleri ile yakıt hücrelerinin enerji yoğunluğu açısından karşılaştırması verilmiştir. Tabloya göre hidrojen beslemeli PEM tipi yakıt hücresi diğer yakıt hücrelerine göre enerji yoğunluğunun düşük olmasına karşın günümüzde yaygın olarak kullanılan birçok bataryadan daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olduğu görülmektedir. Tablo 2.Farklı batarya tipleri ile yakıt hücrelerinin enerji yoğunluğu açısından karşılaştırması [16] 2650

140 Usability in Vehicles of PEM Fuel Cells A.Yılmaz, S. Ünvar, S. Şevik,M. Demir Batarya tipi Enerji yoğunluğu (kw/kg) Kurşun-asit batarya 30 Nikel-metal hidrür batarya 100 Lityum-iyon batarya 150 Lityum-polimer batarya (hedeflenen) 300 Hidrojen beslemeli PEM tipi yakıt hücresi 350 Doğrudan metanol yakıt hücresi 1200 Sodyum borhidrür yakıt hücresi (% 30) 2500 Bir aracın içerisine yakıt hücresi uygun bir şekilde monte edilebilmektedir. Bu yakıt hücresi motoru, ağırlık ve hacim bakımından diğer araba motorlarına kıyaslandığındadaha hafif ve daha az yer kapladığı bilinmektedir. Motorun çalışmasında emisyonun sıfır ve yakıt hücresinin yüksek verimli olması önemlidir. Yapılan AR-GE çalışmaları yüksek hacimdeki imalatlarda, düşük dizayn maliyeti ve pahalı olmayan parametreler üzerine yoğunlaşılmıştır.güç dönüştürücü ünitesinde, hücrede üretilen doğru akım (DC) ticari kullanım için alternatif akıma (AC) çevrilir. Kontrol sistemi ünitesinde sistemin tüm işleyişi denetlenir ve kontrol edilir. Bu sayılan genel ekipmanların yanı sıra pek çok yardımcı bazı ekipmanlarda da söz konusudur. Bunlar; fan, kompresör, nem ünitesi, ısı değiştirici, DC/AC dönüştürücü vb. Yakıt hücreleri; taşıtların yanı sıra evsel, askeri, uzay araçları, enerji santrali ve mobil uygulama gibi pek çok farklı uygulama alanlarında kullanılmaktadır [17].Tablo 3 te yakıt hücreli araçların hibrid araçlar ve akü elektrikli araçlar ile karşılaştırılması yapılmıştır. Tabloya göre H2 PEM yakıt hücresi, verim açısından değerlendirildiğinde ortalarda yer alırken dolum süresi bakımından diğerlerine göre büyük avantaj sağladığı buna karşın maliyetinin yüksek olduğu görülmektedir. Tablo 3.Yakıt hücreli araçlar, hibrid araçlar ve akü elektrikli araçların karşılaştırılması[13] AKÜ Elektrikli Araçlar (Li-Ion Akü) Seri Hibrid Araçlar (Li-Ion Akü + Benzinli motor) Yakıt Hücreli araçlar (H 2 PEM Yakıt Hücresi) Sürüş Mesafesi 140 km 600 km 830 km Dolum Süresi 8 saat 8 saat 5 dakika Verim % 85 % % 55 Performans Düşük yük & Kısa mesafe Orta yük & Orta mesafe Ağır yük &Uzun mesafe Maliyet Yüksek (Akü) Yüksek (Kullanım) Düşük (Altyapı) Yüksek (Akü + Araç) Düşük (Kullanım) Düşük (Altyapı) Yüksek (FC) Yüksek (Kullanım) Yüksek(Altyapı) 2.3. Yöntem Elektrikli araçlar için piller veya yakıt hücreleri olmak üzere iki temel seçenek vardır. Yakıt hücresi üniteleri, bir elektrik motoru içine entegre edilmelidir. Bu yakıt hücresi motoru ağırlık ve hacim bakımından araba motorları için standart olarak uygun boşluğa sığabilmelidir. Motorun çalışmasında emisyonun sıfır ve yakıt hücresinin yüksek verimli olması önemlidir Yakıt hücresi ile çalışan araçlar Doğru Akımdan (DC) Alternatif Akıma (AC) dönüştürülerek AC elektrik akımı ile çalışan elektrik motorları ile aracın tahriki prensibine dayanır. Klasik araç teknolojisinde bilinen yanma kimyasal enerjisi-mekanik enerji dönüşümü ve böylelikle aracın tahrik edilmesi yerine, elektrokimyasal-elektrik dönüşümüyle aracın tahriki temin edilmektedir. Böylece çok yüksek sıcaklık ve basınçlarda, çok yüksek gürültü seviyelerinde gerçekleştirilen, oldukça fazla, karışık parçaların oluşturduğu, büyük atalet kuvvetlerinin ve titreşimlerin oluştuğu bir mekanizma ortadan kakmaktadır. Bunun yerine nispeten oldukça düşük sıcaklıklarda çalışan, çok düşük gürültü seviyesine ve karışık hareketli parçalar içermeyen, düşük titreşim seviyeli bir sistemle güç üretilmektedir. Bu güçle aracın hareketi gerçekleştirilmektedir.güç ünitesinde doğru akım alternatif akıma çevrilmektedir. Kontrol ünitesinde de sistemin tüm işleyişi kontrol edilir. Yakıt hücreli bir araç sistemi basit olarak yakıt tankı, yakıt hücresi sistemi, AC/DC akım dönüştürücü ve elektrik motor/motorlarından oluşmaktadır. Ek olarak sistemin genel kontrol ünitesi, akü, soğutma sistemi ve çeşitli aktarma organları sistemin temel tamamlatıcı donanımlarıdır. Ayrıca direkt hidrojen kullanılmayan hidrojen yakıt hücresli sistemlerde, kullanılan yakıtın (metanol, doğalgaz vb.) yeniden şekillendirilerek (reformation) hidrojen yakıt hücresine hazır hale getirildiği şekillendirici (reformer) bulunur. Yakıt hücresi ile çalışan motorlarda verim, geleneksel motorların 2 misli düzeylerine çıkabilmektedir [17]. Şekil 3 te bir araca yerleştirilmiş olan yakıt hücresi ve ekipmanları görülmektedir. 2651

141 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey a)[17] b) [18] c) Sodyum borhidrür ile çalışan bir otomobil [19] Şekil 3. Bir araca yerleştirilen yakıt hücresi ve ekipmanları En yüksek tahrik gücünü veren tahrik ve direnç gücü değerlerinin kesişme noktası, transmisyon oranı ile kontrol edilerek değiştirilmektedir. Motor hızı/taşıt hızı oranının artırılması en yüksek hızı azaltmaktadır. Fakat yüksek motor hızına bağımlı olarak da bu hızdaki motor verimi artmaktadır. The U.S. Department of Energy ile Ford Motor ve International Fuel Cells firmalarının birlikte yürüttükleri, otomotiv uygulamalarında kullanılacak ve içten yanmalı motor tahrik sistemleri ile ağırlık, hacim ve fiyat bakımından rekabet edebilecek, sıfır emisyonlu bir yakıt hücresi güç sistemi teknolojisi geliştirmek üzere çalışmalar yapmıştır. Yapılan çalışma sonucunda kütlesi 136 kg, hacmi 0.07 m 3 olan ve bir otomobile kolayca uyabilecek özellikte güç sistemini tasarlayarak bu işlem sonucunda; Bir hava kompresörü kullanmadan 50 kw tan fazla elektrik gücü üreten dünyanın ilk direkt-hidrojen yakıt hücresi güç sistemi Hafif ağırlıktaki orta boy bir otomobili güçlendirecek kadar güç üretimi 2652

142 Usability in Vehicles of PEM Fuel Cells A.Yılmaz, S. Ünvar, S. Şevik,M. Demir Kompresör ihtiyacının giderilmesiyle sistemin basitleştirilmesine bağlı olarak, yardımcılara olan güç gereksiniminin azaltılması ve sistemin enerji verimliliğinin artırılması Yüksek yakıt ekonomisi (geleneksel motorların iki üç katı) Sıfır kirletici üretimi (geleneksel otomobilden 100 kat daha temiz çalışma) Petrol olmayan yakıt kullanımı Petrol ithalatına bağımlılığın azaltılması yapabildiklerini belirtilmiştir [20]. Şekil 4 te yakıt hücresinin bir araçta paralel ve seri olarak hibrid bağlantı şeması verilmiştir. Şekil 4. Yakıt hücresinin araçta paralel ve seri olarak hibrid bağlantı şeması [21] Günümüzde hemen hemen her otomobil markası yakıt hücresi ile çalışan araç yapmıştır ve AR-GE çalışmaları hızlı bir şekilde sürmektedir. Bunlar, bazen prototip olarak kalmakta bazen de aktif olarak kullanılmaktadır. Yakıt hücresi ile çalışan taşıtlara örnek olarak Tablo 4 te verilen marka-model ve teknik özellikleri verilebilir. Tablo 4. Yakıt hücresi ile çalışan araçların marka, model ve teknik özellikleri [17] Marka: Toyota, Model: FCHV Marka:Ford, Model:P2000 Teknik özellikleri Teknik özellikleri Yakıt - Sıkıştırılmış hidrojen (35MPa) Yakıt - Sıkıştırılmışhidrojen Maksimum Hız 155km/h Maksimum Hız 128km/h Menzil - 300km Menzil -160km Yakıt Hücresi - Proton Dönüşüm Membran Yakıt Hücresi - Proton Dönüşüm Membran Elektrik Motoru - AC (Alternatifakım) Elektrik Motoru - AC (Alternatifakım) Maksimum Güç - 80 kw (109HP) Maksimum Güç - 67 kw (90HP) Maksimum Tork - 260Nm Maksimum Tork Nm Bunlara ek olarak diğer firmalar: General Motors, Ford, Chrysler, Toyota, Honda, BMW, Renault, General Motors un Opel, Zafira, Toyota nın RAV-4 ve Fine-N i, Nissan Renessa ve Mitsubishi, Daihatsu, Honda ve Mazda ortaklığı Demio FCEV, Renault Laguna, BMW, Dodge, Buick, Suzuki prototiplere birer örnektir. Yakıt hücresi teknolojisinin günümüzde geldiği yer oldukça önemlidir. Günümüzde yapılan çalışmalar ve yatırımlar gösteriyor ki geleceğin araçları elektrikle çalışacak ve bu elektrik yakıt hücresinden elde edilecektir. Firmaların AR- GE çalışmaları azımsanmayacak kadar yüksektir. Yapılacak çalışmalarla fiyatların düşürülmesi ve bu tür araçların kullanımının yaygınlaştırılması gerekmektedir. Aşağıdaki Tablo 5 te üç firmanın geliştirdiği yakıt hücreli araçları ve bu araçların teknik verileri gösterilmiştir. 2653

143 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Tablo 5. Yakıt hücresi ile çalışan üç aracın karşılaştırılması [22] Marka / Model Hyundai / Tucson Toyota / Mirai Honda / Clarity Yakıt hücresi (FC) PEM Yakıt Hücresi PEM Yakıt Hücresi PEM Yakıt Hücresi Yakıt hücresi Gücü 100 kw 144 kw 100 kw Elektrik Motor Tipi İndüksiyon AC AC Elektrik Motor Gücü 134 BG 154 BG 134 BG Batarya Tipi Li iyon polimer Ni metal hidrür Li iyon polimer Maksimum Sürüş Menzili 426 km 502 km 589 km Maksimum Hız 100 km/s 178 km/s 100 km/s Hidrojen Tank Kapasitesi 140 L L 171 L Yakıt Ağırlığı 5.64 kg 5 kg 4.1 kg Etkin Depolama Kapasitesi 69 kwh 60 kwh 82 kwh Güç Yoğunluğu 1.7 kw/l 3.1 kw/l 3.1 kw/l 3. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada yakıt hücreleri hakkında bilgi verilmiş olup, yakıt hücreli araç teknolojisi ve polimer elektrolit membran yakıt hücrelerinin araçlarda kullanılabilirliği yaşamdan örneklerle ele alınmıştır. Geleceğe yönelik olarak gelişme potansiyeli yüksek olan yakıt hücrelerinin en büyük dezavantajı üretim maliyetidir. Yerli malzeme kullanımı, yeni teknoloji ve daha çok AR GE çalışması ile maliyetler düşürülebilir. Üretim maliyetleri azaltıldığı takdirde yakıt hücrelerinin taşıtlarda kullanımı yaygınlaşacağı kolayca öngörülebilir. Alternatif bir enerji kaynağı olarak yakıt hücrelerinin kullanımı ile araçlarda yüksek verim ve sıfıra yakın emisyon sağladığı ve çevreye de olumlu katkı sunduğu göz önünde bulundurulursa taşıt alanındaki kullanımı gün geçtikçe artacağı ileri sürülmektedir. Yakıt hücrelerinin gelecekte uygun fiyat uygulamalarıyla öne çıkması ve alternatif enerji kaynakları arasında ön sıralarda yer alması beklenmektedir. İngiltere ve Fransa, korbon emisyonu ve kirliliği azaltmak amacıyla, 2040 yılına kadar benzinli ve dizel araçları yasaklamayı planlıyor keza Çin yine fosil yakıtlı tüm araçları yasaklamayı planlıyor. Bu bağlamda yakıt hücreli araçlar ilgi alanına girebilir. Fakat, yakıt hücreli bazı marka-model araçların piyasada hali hazırda mevcut olmasına karşın hala yakıt hücreli araçların otomotiv ticaretinde yer bulamadıkları görülmektedir. Yakıt hücresi verimliliğinin iyileştirmesi, üretim maliyetlerinin düşürülmesi ve bütünleşik sistem tasarımları yakıt hücreli araçların kullanılabilirliğinde önemli bir rol oynayacaktır. Türkiye gibi dinamik ve yeni teknolojilere hemen adapte olabilen toplumlarda potansiyel bir müşteri kitlesinin var olması ve yine Türkiye gibi emisyon değerlerini artıran ülkelerde bugün olmasa da 2030 veya 2045 sonrası için emisyon değerlerine olumlu katkı sunması nedeniyle gelecekte önemli bir kaynak olabilir. KAYNAKLAR [1] Romm, J.The car and fuel of the future. Energy policy, 34(17); , [2] Ahluwalia,R.K.,Wang,X.Directhydrogenfuelcell systemsforhybridvehicles. JournalofPowerSources, 139; , [3] Eker, E., Tayaz, İ. Akış kanalı genişliğinin PEM tipi yakıt hücresi performansına etkisinin incelenmesi. SAÜ. Fen Bil. Der.,17, 35-40, [4] Dincer, K.PEM Yakıt hücresinin katod tarafı performansının geliştirilmesi. Selçuk ÜniversitesiTB MYOTeknik-Online Dergi,13(2);38-49, [5] Hayashi, A., Kosugi, T., Yoshida, H. Evaluation of polymer electrolyte fuel cell application technology R&Ds bygert analysis. Int.J. HydrogenEnergy,30(9); , [6] Thomas, C.E. Fuel cell and battery electric vehicles compared. Int. J. Hydrogen Energy, 34(15); , [7] Kulaksız, A.A., Akaya, R., Yakıtpilisistemlerinde güç elektroniği uygulamaları. II.Ulusal ege enerji sempozyumu ve sergisi bildiri kitabı Mayıs 2004,Kütahya. [8] Schlesinger, H.I., Brown, H.C., Finholt, A.E. et. al. Sodium borohydride, its hydrolysis and its use as a reducing agent and in the generation of hydrogen. J. Am. Chem. Soc. 75;215, [9] Yılmaz, A., Demir M.E., Şevik S.Sodyum borhidrür (NaBH4) destekli bir hidrojen/hava pem yakıt hücresi ile elektrik üretiminin deneysel analizi. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 2017 (Yayın aşaması). [10] Thomas, S., Zalbowitz, M. Fuel cellsgreen power. Los alamos national laboratory in los Alamos.Pp 1-25, New Mexico. [11] Çetin, L., Yakıt hücreleri ve piller. Elektrik

144 Usability in Vehicles of PEM Fuel Cells A.Yılmaz, S. Ünvar, S. Şevik,M. Demir piller.html. [12] Webb, R. Fuel cell. Updated: Webb-Berger Foundation, internet. February 24,1999. [13] Yıldırım, F. Yakıt pili ders notları. Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, 2011, Zonguldak. [14] HondaFCX, =sahimo&bolum=sahi... [15] Çetinkaya, M., Karaosmanoğlu F. Yakıt pilleri. Tesisat mühendisliği, Mayıs Haziran, [16] Karadağ, Ç. Bor içeren yakıt pilleri ve savunma sanayiinde kullanılabilirliği. 14 Haziran 2011, SSM, Ankara. [17] Kurtalan, A., Yılmaz, A. Yakıt hücrelerinin taşıtlara uygulanması. International Engineering, Science and Education Conference, December 2016, Diyarbakır. [18] İnternet: Erişim 1Eylül [19] Atmaca, H., Sevim, İ. Bor'un otomobil yakıtı olarak kullanılması. Mühendis ve Makine, 48(564): [20] İnternet: [21] İnternet: https://www.voltimum.com.tr/target-group/ana-sayfa?page=263. Erişim 10 Eylül [22] Okumuş E. Yakıt pili ve kontrol sistemi. TUBITAK Enerji Enstitüsü, Koceli, Şubat

145 Pulsed Laser Welding Method in Overlap Welded Joints of Titanium-Aluminum Alloy H. Özden 1,*, N. Çavuşoğlu 1, N. Suleymanov 2 1 Department of Mechanical Engineering, Ege University, İzmir, Turkey 2 Department of Mechanical Engineering, Berlin Technical University, Berlin, Germany Abstract High strength and light land, sea and air vehicle designs are required in transportation sector. Parallel to developments in laser material processing technologies, there is increasing interest in using high strength lightweight materials instead of steel materials. The use of light metal materials such as aluminum, magnesium, titanium alloys is increasing rapidly in the automotive, ship and aerospace sectors. The problems are encountered when metal materials outside of steel are combined by conventional joining methods. When the metal materials are welding with conventional fusion welding techniques, they are subjected to high heat input. This high heat input increases intermetallic phase formation at the welding of dissimilar materials. These problems can be eliminated by laser welding methods. In this study, aluminum and titanium alloy materials were welded by pulsed laser welding. Welding operations were performed the type of overlap joint. Macro and micro images of pulsed laser welded specimens prepared with different parameters were evaluated. Intermetallic phase formation which is one of the biggest problems encountered in the welding of different materials, has been investigated. Keywords: Pulsed Laser, Dissimilar Materials, Lap Welding, Titanium, Aluminium. 1. GİRİŞ İnovatif tasarımların gerçekleştirilmesinde, farklı özelliklere sahip malzemelerin birbirleri ile karma (hibrit) bağlantılarına ihtiyaç duyulmaktadır. Farklı özellikteki malzemelerin hibrit kaynak bağlantıları konvansiyonel ark kaynak yöntemleri ile mümkün olmamakta ya da sınırlı olmaktadır. Füzyon kaynak yöntemleriyle karşılaşılan kaynak bağlantı problemleri sürtünme kaynağı gibi katı hal kaynak yöntemleriyle en aza indirgenmekle birlikte bu birleştirme yönteminde birleştirilecek malzemelerin geometri kısıtı bulunmaktadır. Lehim ve yapıştırma yöntemlerinin uygulanması da düşük mukavemet değerleri ve yüksek sıcaklıklara dayanıksızlık nedeniyle sınırlı kalmaktadır. Teknolojik gereksinimler ya da ekonomik sebeplerden dolayı farklı özelliklere sahip malzemelerin bir arada kullanılması ihtiyacı dolayısıyla günümüzde hala kaynak tekniklerinde çeşitlendirme ve geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. En büyük gelişme gösteren kaynak yöntemi laser kaynak yöntemidir. Laser kaynağı çok küçük bir alanda yüksek güç yoğunluğu elde edilmesine olanak sağlamaktadır. Laser teknolojisindeki son gelişmelere paralel olarak, yüksek ışın kalitesine sahip laserler ve atımlı laser kaynak cihazlarıyla, kaynaklı birleştirilmelerinde problemlerle karşılaşılan birçok kaynak bağlantısı kolaylıkla ve ekonomik olarak gerçekleştirilmektedir. Farklı özellikteki malzemelerin karma (hibrit) kaynak bağlantılarında kırılgan olan intermetalik yapılar ve çatlaklar oluşmaktadır. Günümüzde çatlak oluşumunu ve intermetalik yapının oluşumunu ve bu yapının kırılganlığını azaltmak için bilimsel çalışmalar artan bir şekilde yürütülmektedir. Sorunların üstesinden gelmek ve kabul edilebilir kaynak bağlantıları için farklı kaynak teknikleri, ek malzemeler, koruyucu gazlar gibi parametreler değerlendirilerek sürekli ve atımlı laser kaynak bağlantısı çalışmaları denenmektedir [1-8]. * Corresponding author. Tel.: address: (H.Özden). 2656

146 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Farklı malzemelerin birleşmesinde meydana gelen en önemli unsur intermetalik fazların oluşumudur. İntermetalik faz sıcaklık ve zaman döngüsüyle meydana gelmektedir. İntermetalik yapı ile kaynak bölgesinde kırılganlık meydana gelmektedir. Eğer yüksek dayanıma sahip bir bağlantı isteniyorsa intermetalik faz oluşumu minimum seviyeye indirilmesi gerekir. Burada yapılması gerekenler ergiyik havuzunun boyutlarını azaltmak ve toplam ısı girdisini sınırlandırmaktır. Laser kaynağında, laser ışınları çok küçük nokta çapında olduğundan yüksek enerji yoğunlukları elde edilebilmektedir. Bu sayede ergiyik havuzu boyutu azalmaktadır ve yüksek kaynak hızlarında bağlantı gerçekleştirilmektedir. Ayrıca laser kaynak bağlantısında ergiyik havuzunun çok hızlı bir şekilde soğuması da intermetalik faz oluşumunu azaltmaktadır [9-10]. Laser ışın kaynağı tüm Al, Mg, Ti gibi hafif metallere ve kombinasyonlarına çelik ve farklı malzemelere uygulanabilir [11-12]. Bu kaynak işlemi yüksek çarpılmaları önlemek için uygulanır fakat bunu tamamen önlemek mümkün değildir. Laser kaynağı uygulamaları otomobiller, elektronik parçalar, çeşitli transport sistemlerinde ve hafifliğin önemli olduğu uçak ve havacılık endüstrisinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu kaynak yöntemiyle birleştirilmiş farklı malzemelerde iyi mekanik özellikler elde edilebilir. Otomotiv sektörü, havacılık sektörü gibi bazı sektörlerde bindirme kaynağı yaygın olarak kullanılmaktadır. Laser bindirme kaynağı, alın kaynağına nazaran ince saçların birleştirilmesinde uygulama kolaylığı nedeniyle tercih edilmektedir. Laser bindirme kaynak yönteminde alın kaynağında olduğu gibi birleşme yüzeylerinin kalitesi, birleşme yüzeylerinde boşluk toleransının çok hassas olması gibi özel hazırlık işlemlerine çoğu zaman gereksinim duyulmaz [13-16]. Ti6Al4V titanyum alaşımı ile AlMg3 aluminyum alaşımı malzemeler korozyona dayanıklı olmaları, hafif olmaları, iyi mukavemet değerine sahip olması, titanyum alaşımlı malzemelerin yüksek ısılara mukavim olması gibi özellikler nedeniyle sanayide, özellikle ulaşım sektöründe kara, deniz, hava taşıtların, yüksek sıcaklıklara dayanıklı reaktörlerin tasarımlarında yaygın kulanım alanları bulunmaktadır. Bilimsel araştırmalara katkı sağlamak amacıyla, bu proje çalışmasında, farklı özelliklere sahip titanyum ile alüminyum malzemelerin hibrit birleştirmelerinde laser atımlı kaynak parametrelerinin kaynaklı bağlantılarının mikro yapı ve dayanım özelliklerine olan etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Literatürde konu başlığı ile ilgili uygulanabilir yayınlar sınırlıdır. Laser teknolojisi halen gelişmekte olan bir teknolojidir. Yüksek güçlü atımlı laser makinelerinin (disk laserler, fiber laserler) yeni piyasaya çıkması ve fiyatlarının çok yüksek oluşu bunda etkendir. Teknik açıdan karşılaşılan sorunlar, çatlak oluşumu, mukavemet değerlerinin düşüklüğü, kırılganlığın artması, delinme gibi problemlerle karşılaşılmaktadır. Halen gelişmekte olan laser kaynak makinalarına kıyasla konvansiyonel laser kaynak makinalarında (CO2 laserler, Nd:YAG laserler) üretilen laser ışınının düşük kalitesi ve malzeme etkileşimi buna sebep olarak gösterilebilir. Günümüzde bu sorunların bir bölümünün tamamen, bir bölümünün de kısmen çözülmesi, yeni tip yüksek ışın kaliteli laser makinaları ve günümüzün gelişmiş atımlı laser kaynak yönteminin uygulanması ile giderilebileceği düşünülmektedir. 2. MALZEMELER VE METOT 2.1. Kullanılan Malzemelerve numunelerin hazırlanması Bu çalışmada kullanılan malzemeler, Ti6Al4V titanyum alaşımı ile AlMg3 alüminyum alaşımıdır. Çalışmada kullanılan malzemelerin kimyasal analizleri değerleri Tablo 1 de verilmiştir. Laser kaynak işlemi için kullanılacak alüminyum ve titanyum numunelerin geometrik boyutları 50x100x1.2 mm giyotinle kesilerek hazırlanmıştır. Şekil 1 de, hazırlanan numunelerin boyutları şematik çizimlerle gösterilmiştir. Laser bindirme kaynağında ergime ısısı yüksek olan malzeme üste gelecek ve ara boşluk olmayacak şekilde sabitlenerek kaynak edilmiştir. Kaynak öncesi kaynaklanacak yüzeyler toz, kir ve nemden temizlenmektedir. Tablo 1. Malzemelerin kimyasal içerikleri (%). Standart Al Mg Si Fe Mn Diğer AlMg3 Aluminyum alaşımı Kalan Ti Al Fe O V P Ti6Al4V titanyum alaşımı Kalan

147 Pulsed Laser Welding Method in Overlap Welded Joints of Titanium-Aluminum Alloy H. Ozden, N. Çavuşoğlu, N. Suleymanov Şekil 1. Bindirme laser kaynaklı numunelerin geometrik şekli ve boyutları. Alüminyum ve titanyumun termal ve fiziksel özelliklerinin farklı olmasından dolayı kaynak işlemi sırasında oluşan intermetalik yapının oluşumunun kontrol edilmesi güçleşmektedir. Titanyum ve aluminyum alaşımı malzemelerin sahip olduğu termal ve fiziksel değerleri Tablo 2 de yer almaktadır. Malzeme Isıl genleşme katsayısı (0-100 o C) (10-6 /K) Tablo 2. Kullanılan malzemelerin termal ve fiziksel özellikleri. Gizli ısı (J/g) Öz ısı (25 o C) (J/K.kg) Isı iletim katsayısı (0-100oC) (W/mK) Erime noktası (oc) Donma noktası (oc) Yoğunluk (g/cm 3 ) AlMg3 23, ,7 Ti6Al4V 8, , ,5 Atılımlı laser kaynak numuneleri Berlin Teknik Üniversitesinde bulunan laser araştırma laboratuvarında hazırlanmıştır. Şekil 2 de laser araştırma laboratuvarında bulunan laser makinası, ilgili ekipmanlar ve araçgereçlerin fotoğraf görüntüleri yer almaktadır. Fotoğraflarda; 1) Atımlı laser kaynak makinası 2) Bilgisayar destekli proses kontrol ünitesi 3) Masa üzeri tertibatlar 4) Bindirme kaynaklı numunelerin tutturma, sabitleme aparatı 5) laser pençeri (laser kafası) 6) Kaynak işlevinin görüntü ve kayıtlarının gerçekleştiği bilgisayar ekranı (monitoring ünitesi). Şekil 2. Atımlı laser kaynak makinası. 2658

148 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Atımlı laser kaynak makinası, 4.3 kw maksimum tepe gücünde olan Nd:YAG katı hal laser kaynak makinası kullanılmıştır. Kısa dalga boyu (λ=1064 nm) ile metaller tarafından iyi absorbe edilmektedir. Buna ek olarak Nd:YAG laserlerin aluminyum alaşımı ve benzeri metallerin kaynağında kullanımları CO2 laser makinalarına kıyasla tercih edilmektedirler. Proje çalışmasından bildiri için iki farklı numune Tablo 3 de verilen kaynak proses parametreleri ile dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Araştırmanın hedefi, titanyum alaşımlı malzemenin, alüminyum malzemesine gerekli dayanımı sağlayacak nüfuziyetin gerçekleşmesini sağlayacak parametrelerin tespit edilmesidir. Numune No Atım enerjisi E, (J) Tablo 3. Atımlı laser kaynak proses parametreleri. Maksimum atım gücü (kw) Atım frekansı f, (Hz) Atım süresi t,(ms) Kaynak hızı Vs,(mm/dk) Atım gücü P1,(kW) Odak noktası pozisyonu Z,(mm) I 7,97 4, , ,34 0,0 II 9,85 4,3 10 4, ,38-1,0 3. DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA 3.1. Sertlik ölçümleri ve Çekme Deney Sonuçları Kaynak dikişlerinde yapılan sertlik ölçüm değerlendirmelerinde kaynak metalinde ölçülen sertlik değerleri HV aralığında değişmektedir. Bu değerler titanyum alaşımı malzemenin sertlik değerlerinden (380 HV ±5) biraz yüksek, aluminyum alaşımı malzemenin sertlik değerinden (55 HV) daha yüksektir. Titanyum-alüminyum karma birleştirmelerin kaynak dikişli bağlantılarının dayanımları genelde düşük olmaktadır. Numunelerin tamamının düşük dayanımda kırılmalarının nedeni metalurjik bağı sağlayan bileşiklerin çok düşük plastik deformasyon kabiliyeti ile ilişkilidir. Çekme testlerine tabi tutulan numunelerde gevrek kırılma meydana gelmiştir. Oluşan intermetalik yapının aşırı sertliğinden dolayı gevrek kırılmaların meydana geldiği açıklanmaktadır Metalurjik İnceleme Sonuçları Farklı laser proses parametreleriyle hazırlanan titanyum-alüminyum çifti hibrit birleştirmelerin atımlı laser kaynak dikişlilerinin mikro görüntüleri değerlendirilmiştir. İncelemelerde intermetalik yapı, çatlak oluşumu ve nüfuziyet değerlendirilmiştir. Parametre kombinasyonlarında hedeflenen mikron büyüklük değerinde bir nüfuziyet ile gerekli dayanıma ulaşılmasıydı. Bu nedenle iki farklı numunenin mikro görüntülerine odaklanılmıştır. İlk görsel yüzey incelemelerinde mikron mertebede nüfuziyetli laser kaynak dikişli bağlantıda çatlak oluşumuna rastlanmamıştır. Şekil 3 te I nolu laser kaynak dikişin mikro görüntüsü ve intermetalik tabaka görülmektedir. Benzeri mikro yapı görüntüleri II nolu numune için Şekil 4 te de görülmektedir. 2659

149 Pulsed Laser Welding Method in Overlap Welded Joints of Titanium-Aluminum Alloy H. Ozden, N. Çavuşoğlu, N. Suleymanov Şekil 3. I numaralı numunenin kaynak dikiş mikro yapı görüntüsü. 2660

150 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Şekil 4. II numaralı numunenin kaynak dikiş mikro yapı görüntüsü. Her iki numune için mikro yapı görüntülerinde çok ince alüminyum oksit (Al2O3) tabakasının (mikro yapı resminde beyaz renkli) oluştuğu görülmektedir. Aradaki siyah renkli gözüken hat iki malzeme arasındaki boşluktur. Boşluk ve oksit tabaklarının bağlantının dayanımına, çatlak oluşumuna etkisinin, hangi boyutlarda ihmal edileceğinin tespitinde yarar vardır. Kaynak, iki tabakanın birleştirildiği alt bölümünü göstermektedir. Kaynağın kökünde, alüminyumun ergidiği ancak kaynak havuzunun geri kalan kısmı ile karıştırılmadığı bir bölge vardır. Karışık erimiş Ti metali ile eritilmiş Al arasındaki arayüz, eriyik tabakaların değişken karıştığı çok sayıda girdaba sahip fluffy olarak adlandırılan kabarcıklara sahiptir. Şekil 2 ve Şekil 3 te bu girdaplar görülmektedir. 2661

151 Pulsed Laser Welding Method in Overlap Welded Joints of Titanium-Aluminum Alloy H. Ozden, N. Çavuşoğlu, N. Suleymanov 4. SONUÇLAR Çalışmada, Ti6Al4V titanium alaşımı ve AlMg3 aluminyum alaşımı karma bağlantısının atımlı laser kaynak makinasıyla birleştirme çalışması yapılmıştır. Yapılan testler ve metalurjik incelemeler sonucu aşağıdaki genel sonuçlar tespit edilmiştir. Titanyum alüminyum malzemelerin atımlı laser karma bindirme kaynak bağlantılarının mikro görüntüleri, nüfuziyet, intermetalik ve çatlak oluşumları incelenmiştir. Atımlı laser kaynak parametrelerinin uygun seçimi ile kabul edilebilir kalitede bağlantıların elde edilebileceği tespit edilmiştir. Çekme tipi zorlanmalardan ziyade kayma zorlanmalarına maruz kalan bağlantılar için, lehim ve yapıştırma bağlantılarına kıyasla elverişli olduğu sonucuna varılmıştır. Kaynak metalinde sertlik değerleri HV değerindedir. Kaynak bölgesinin sertlik değerleri titanyum metalinden biraz yüksek, alüminyum metalinden daha yüksektir. Kaynak dikiş bölgesinin dayanımının, Al-Ti birleşiminde iki malzemenin de dayanımının altında olduğu belirlenmiştir. Çekme numunelerinde kırılmalar kaynak dikişinden gerçekleşmiştir. Titanyum alaşımlarının, özellikle alın kaynak birleştirmelerinin sorunlu olduğu bilinmektedir. Özellikle çatlak oluşumu kaçınılmaz olmaktadır. Çok iyi koruyucu gaz ortamına gereksinim duyulmaktadır. Bindirme kaynak bağlantı yöntemi bu gibi sorunlu malzemelerin kaynağına uygun bir birleştirme yöntemidir. Kaynak bölgesinden kırılmanın bir diğer nedeni de intermetalik yapı oluşumu yüzünden yüksek sertlik ve kırılganlığın artması ile plastik deformasyon kabiliyetinin azalmasıdır. Kırılgan intermetalik faz oluşumlarını minimize etmek için, kaynaklanacak metallerin birbiri içerisinde çözünürlüğünü arttıracak Be, Si gibi ara malzemeler kullanılarak kaynak bağlantılarının dayanım değerleri yükseltilebilir. Al-Ti bağlantısında oksit tabakasının oluşumunu engellemek için oksidasyona karşı gerekli tedbirler alınmalıdır. KAYNAKLAR [01] Çavuşoğlu, N., Özden, H., Automobile Manufacturing Using Laser Lap Welding, Welding Journal, Vol.92(2), pp [02] Çavuşoğlu, N., DC04 Kalite Çelik ile 6061-T6 Alüminyum Alaşımı Saclarının Lazer Bindirme Kaynağında, Kaynak Parametrelerinin Kaynaklı Birleştirmenin Mekanik Ve Metalurjik Özellikleri Üzerine Etkisi, EÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi. [03] Shouzheng, W., Yajiang, L., Juan, W., Kun, L Improving of Interfacial Microstructure of Ti/Al Joint During GTA Welding by Adopting Pulsed Current, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 73, Issue 9 12, pp [04] Gao, M., Chen, C., Gu, Y., Zeng, X., Microstructure and Tensile Behavior of Laser Arc Hybrid Welded Dissimilar Al and Ti Alloys, Materials 2014, 7, pp [05] Sun, Q.J., Li, J.Z., Liua, Y.B., Li, B.P., Xub, P.W., Fenga, J.C Microstructural Characterization and Mechanical Properties of Al/Ti Joint Welded by CMT Method Assisted Hybrid Magnetic Field, Materials and Design 116, pp [06] Chen, S., Li, L., Chen, Y., Huang, J Joining Mechanism of Ti/Al Dissimilar Alloys During Laser Welding- Brazing Process, Journal of Alloys and Compounds, Volume 509, Issue 3, pp [07] Sahul, M., Sahul, M., Čaplovič, M.V.Ľ., Pašák, M Disk Laser Weld Brazing of AW5083 Aluminum Alloy with Titanium Grade 2, Journal of Materials Engineering and Performance, March 2017, Volume 26, Issue 3, pp [08] Lv, S. X., Jing, X.J., Huang, Y.X., Xu, Y.Q., Zheng, C.Q., Yang, S.Q Investigation on TIG Arc Welding Brazing of Ti/Al Dissimilar Alloys With Al Based Fillers, Science and Technology of Welding and Joining, Vol 17 No 7, pp [09] Potesser, M., Schoeberl, T., Antrekowitsch, H. and Bruckner, J The Characterization of the Intermetallic Fe-Al Layer of Steel-Aluminum Weldings, The Minerals, Metals & Materials Society, pp [10] Wagner, F, Zerner, I., Kreimeyer, M., Seefeld, T. and Sepold, G Characterization and Properties of Dissimilar Metal Combinations of Fe/Al and Ti/Al-Sheet Materials, BIAS, Bremen Institute of Applied Beam Technology, Bremen, Germany. 2662

152 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey [11] Lee, S.J., Nakamura, H., Kawahito, Y, Katayama, S Weldability of Ti and Al Dissimilar Metals Using Single- Mode Fiber Laser, JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering Vol. 8, No. 2. [12] Tomashchuk, P.S., Cicala, E., Peyre, P., Grevey, D Direct Keyhole Laser Welding of Aluminum Alloy AA5754 to Titanium Alloy Ti6Al4V, Journal of Materials Processing Technology, Elsevier, 217, pp [13] Kalaiselvan, K., Elango, A., Nagarajan, N.M. 2014, Effect of Laser Welding Properties on Ti/Al Dissimilar Thin Sheets A Review, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering Vol:8, No:10. [14] Kalaiselvan, K., Elango, A., Nagarajan, N.M Studies on Weldment Structure in Ti/Al Dissimilar Metal Joints Using Laser Beam Welding, International Journal of Innovation and Scientific Research, Vol. 21 No. 2, pp [15] Chen, S., Yang, D., Li, M., Zhang, Y., Huang, J., Yang, J., Zhao, X Laser Penetration Welding of An Overlap Titanium-on-Aluminum Configuration, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 87, Issue 9 12, pp [16] Lee, S.J., Kawahito, Y., Kim, J.D., Katayama, S Microstructural Behavior on Weld Fusion Zone of Al-Ti and Ti-Al Dissimilar Lap Welding Using Single-Mode Fiber Laser, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 37, No. 7, pp

153 Possible Physical and Cyber Attacks on Smart Grids E.Dursun 1, A.Hacinecipoglu 2 1 Marmara University, Faculty of Technology, Department of Electrical and Electronics Engineering, Istanbul, Turkey 2 Marmara University, Institute of Pure and Applied Sciences, Department of Electrical and Electronics Engineering, Istanbul, Turkey Abstract The Smart Grid include infrastructure that will increase the effective use of available energy with dynamic pricing, control, and protection. It is an innovative modern grid structure that enables bidirectional communication of instantaneous data from all parts of the energy generation, transmission, distribution, and end-users. Smart Grids have to be secure while meeting the needs. The physical and cyber-attacks that take place in Smart Grids can cause enormous damage. In this study, we have examined the possible physical and cyber-attacks that may take place in Smart Grid. Keywords: Smart grid, physical attacks, cyber attacks 1. INTRODUCTION Electrical energy demand is continuously increasing in the modern world. Therefore, the incessant and sustainable flow of electrical energy is vital. As a result of technological and social development, increasing dependence of the energy in the daily life of the individual, intensive industrialization and inefficient energy consumption make the intelligent energy systems compulsory. The Smart Grid enables the hardware in the system to be programmed and communicated with each other using information and communication technology [1]. Overview of the Smart Grid is shown in Figure 1. Fig. 1. Overview of the smart grid * Corresponding author. Tel.: /1263: fax: address: (E.Dursun). 2664

154 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey The term Smart Grid was coined by Amin and Wollenberg in 2005 [2]. After that, in 2007, the Energy Independence and Security Act (EISA) began to official use of the term to describe the future electricity grid [3]. The EISA and the National Energy Technology Laboratory (NETL) define the Smart Grid according to certain characteristics. Smart Grid ensures the dynamic optimization of grid operations, the integration of renewable energy sources, and the demand side load management through the digital informationcommunications network system and smart meters [4-5]. The customers are precisely controlled through the use of digital switching. The architecture of a Smart Grid is shown in Figure 2. Fig. 2. Smart grid architecture [6] Advanced metering infrastructure (AMI) is an integrated system of smart meters, communications networks, and data management systems that enable two-way communication between utilities and customers [7]. AMI consist of six level, which are measure, collect, store, analysis, use, and management of data. Bi-directional data flow and collected big-data are the basis of the AMI. For this reason, information security is important to Smart Grid. Malicious hackers can infiltrate fully protected systems and cause serious damage. According to the Symantec s Internet Security Threat report [9]; More than 3 billion harmful attacks were reported in 2015, and more than half of the attacks are done for cyber-crime. Many of these attacks are targeted at financial centers. Figure 3 is shown top industries targeted in spear-phishing attacks. 2665

155 Possible Physical and Cyber Attacks on Smart Grid, Erkan Dursun and Ahmet Hacinecipoglu Fig. 3. Top industries targeted in spear-phishing Attacks [8] In this study, we searched few numbers of academic publications since 2009 about cyber/physical threats/attacks on Smart Grids were around 508. This means that cyber-attacks in Smart Grid are open to exploration, and the potential for academic publications is high [9,10]. 2. POSSIBLE THREATS ON THE SMART GRID Smart Grid s AMI ensures the real time electricity pricing, electricity usage, electricity cost, outage detection and accurate load characterization. AMI is integrated with smart meters, in-home displays, and load controllers [11]. AMI using wired and wireless communication technologies, Smart Grid can be targeted by malevolent people and organizations. Those people can be individual terrorist groups or individuals acting on behalf of other countries. This situation will increase the cyber war between countries. Vulnerabilities Table I. Potential threats [12] Careless or unware employees 53% 57% 44% 55% Outdated information security controls or architecture 51% 52% 34% 48% Unauthorized access 354% 34% 32% 54% Threats Malware 41% 34% 43% 52% Phishing 39% 39% 44% 51% Cyber attacks to steal financial information 46% 51% 33% 45% Cyber attacks to steal IP or data 41% 44% 30% 42% Internal attacks 28% 31% 27% 33% Table I lists the possible threats that may occur in the Smart Grid. According to the report of the international audit and consulting firm Ernst & Young, 89% of the energy distribution companies participating in the survey said that it was insufficient to meet the needs of companies of cyber security software [12]. According to this report, 44% of the companies do not have security management centers (SMCs). This indicates that almost half of the surveyed companies are vulnerable to cyber-attacks. 2666

156 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey We see that the rate of unauthorized access is 34% in In 2016, this rate has increased from 20% to 54%. This increase indicates that firms are deficient in their defense against cyber threats. As Table 1 shows, the proportion of malicious software in companies' systems has increased from 41% to 52% from 2013 to The rate of attacks on the same firm by feeding increased from 39% to 51% from 2013 to It can be concluded that the participating companies have insufficient defense mechanisms on cyber-attacks and the training of personnel is inadequate. Possible threats in Smart Grid are shown in Figure 4. Fig. 4. Possible threats for Smart Grids[13] Possible threats for Smart Grids can be listed as natural disasters, physical attacks, outages, damage or loss of the data, abuses, conflict of laws, and data theft Physical Attacks Bombed attacks on power generation facilities, sabotage on transmission lines and theft of equipment used in transmission lines are among the physical attacks. The table below shows some attacks, effects, and losses made between 2013 and 2015 in the world. 2667

157 Possible Physical and Cyber Attacks on Smart Grid, Erkan Dursun and Ahmet Hacinecipoglu Table II. Physical attacks to the power grids [12] Date Place Type Affect Loss (million $) Coyote California USA Sniper Attack Unknown Cabot, Arkansas USA Physical Attack Unknown Morelia, Mexico Physical Attack Almost People [15] Arizona USA Bomb Attack Unknown Karachi Pakistan Physical Attack Almost 140 million People 15 [14] 4 Unknown - Unknown Fig. 5. Fire in an electrical station in Scott, Arkansas as a result of the physical attack [16] There is more than one physical assault on power networks and electricity transmission lines worldwide from 2013 to The cost effects of physical attacks on power grid could reach very large amount. For example, the damage caused by a sniper in Coyote's physical attack was $ 15 million [14]. In the case of Cabot, the damage caused by a single person who cut the transmission line with a heavy machinery is in the order of 4 million dollars [15]. Fig. 6. Electric outage events by cause and magnitude, 2015 [17] In Figure 6, the percentages and causes of electricity interruptions are given. Often we see that electricity interruptions are due to weather conditions Cyber Attacks The cyber-attack is a planned attack on the information systems or communication structures of the targeted company, person, organization, institution [18]. The cyber-attacks are divided into short and long term regarding their effects. Short-term attacks affect the daily activities of the targeted organization. The effects of long-term attacks continue for a long time. These attacks are carried out for military espionage and social disturbance [19, 20]. 2668

158 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Fig. 7. Cyber attack types [21] DDoS Attacks (Distributed Denial of Service) These attacks are targeted directly to the system. They cause serious damages by interrupting the systems [20]. It is explained in detail in Figure 8. Fig. 8. Ddos Attack [22] Malware (Trojans, viruses, spyware) Malware, such as junk , are used for purposes such as obtaining, modifying, or destroying data using exploits. Malware is often preferred in terms of both ease of use and quick results. It is seen as one of the most dangerous pyrotechnic tools for government agencies, commercial enterprises, and end users Identity theft With the development of technology, it has become easier to falsify digital documents and information. In this context, identity theft, the capture of someone else's personal data, and the use of this data for fraud or deception [23, 24] Abuse of information of leakage The consequences of information leakage can lead to many significant blemishes in terms of national security and trade secrets [25]. Leaked data can be sold by hackers to international organizations Unsolicited bulk mail Unsolicited bulk mails are unwanted by the recipient and sent in large quantities [25]. If these s are opened by intended personnel, the entire system may be infected. 2669

159 Possible Physical and Cyber Attacks on Smart Grid, Erkan Dursun and Ahmet Hacinecipoglu Manipulation of information Individual users, public institutions, and private companies can be harmed by changing the information obtained by hackers Falsification of records It is the type of attack that occurs by destroying and changing information obtained by hackers [8]. Table IV. Cyber attack s to the power grid Date Place Type Affect Cost June 2010 Iran(Stuxnet) Cyber Attack Unknown Unknown 2014 Whole World (Energetic Bear) Cyber Attack Known Victim 101 Organizations[26] Unknown 2014 Europe And US(Havex) Cyber Attack infected system[26] Unknown 2014 Japan Cyber Attack Stolen Data s Unknown (Monju NPP)[27] 2014 Korea Hydro and Nuclear Power plant Cyber Attack [28] Unknown Unknown Ukraine Cyber Attack Almost People Unknown 2016 Germany (Gundremmingen NPP) Cyber Attack [29] Unknown Unknown 3. CONCLUSIONS With developing technology, people become more dependent on intelligent systems. Designed intelligent systems can meet the needs of users as well as be safe. These systems have advantages as well as disadvantages. This grid structure, which will contribute to the national economy and increase the quality of energy, is also becoming vulnerable to cyber-attacks. The concept of cyber/ physical security in Smart Grid continues to attract the attention of countries and researchers. In this study, we briefly reviewed physical and cyber-attacks for Smart Grids. ACKNOWLEDGMENT This paper is supported and funded by Marmara University, Faculty of Technology, Istanbul, Turkey. REFERENCES [1] Ozgur, U., Tonyali, S., Akkaya K., Testbed and Simulation-Based Evaluation of Privacy-Preserving Algorithms for Smart Grid AMI Networks, IEEE 41st Conference on Local Computer Networks Workshops (LCN Workshops), Dubai UAE, 7-10 Nov., p , [2] Amin, S.M., Wollenberg, B.F., Toward a smart grid: power delivery for the 21st century, Power and Energy Magazine, IEEE. 3(5); 34 41, [3] Government Publishing Office website, (2017), online, Available: 110publ140/pdf/PLAW-110publ140.pdf (Accessed ) [4] EPRI website, (2017), online, Available: (Accessed ) [5] NETL website, (2017), online, Available: Papers (Accessed ) [6] Mohan, K., Smart Grid: Charting a New Energy Future: Research, Development and Demonstration, The Electrity Journal 25(2); 88 93, [7] Security for Smart Electricity GRIDs website, (2017), Available: https://www.segrid.eu/wpcontent/uploads/2014/11/segrid-report-deliverable-1.1-eu-public-format-v pdf (Accessed ) [8] SYMANTEC website, (2017), Available: https://www.symantec.com/content/dam/symantec/docs/reports/istr en.pdf (Accessed ) 2670

160 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey [9] IEEE website, (2017) Available: (Accessed ) [10] IEEE website, (2017) Available: wsearch=true (Accessed ) [11] Weranga, K.S.K., Kumarawadu S., Chandima D.P., Smart meter design and applications, Springer Briefs in Applied Sciences and Technology, [12] Ernst & Young Global Limited website, (2017), Available: (Accessed [13] The European Union Agency for Network and Information Security (ENISA) website, (2017), Available: https://www.enisa.europa.eu/publications/smart-grid-threat-landscape-and-good-practiceguide/at_download/fullreport (Accessed ) [14] NPR website, (2017), Available: (Accessed ) [15] CAPITAL website, (2017), Available: (Accessed ) [16] The Federal Bureau of Investigation (FBI) website, (2017), Available: https://www.fbi.gov/news/stories/attackson-arkansas-power-grid (Accessed ) [17] U.S. Department of Energy website, (2017), Available: https://energy.gov/epsa/quadrennial-energy-review-secondinstallment (Accessed ) [18] Alkan, M., Cyber Security and the Cyber War, TBMM Internet Commission, May [19] Raymond, C.K.K., The cyber threat landscape: Challenges and future research directions, Computers and Security, , [20] Yilmaz, S. Sagiroglu, S., Cyber Security Risk Analysis, Threat and Preparation Levels, 6th International Conference on Information Security and Cryptology, Ankara Turkey, May., p , [21] Hekim, H., Basibuyuk, O., Cyber Crime and Turkey's Cyber Security Policy, Journal of International Security and Terrorism, , [22] Somani, G., Gaur, M.S., Sanghi, D., Conti, M., Rajarajan, M., Buyya, R., Combating DDoS Attacks in the Cloud: Requirements, Trends, and Future Directions, IEEE Cloud Computing 4, 22-32, [23] Kucuksille, E.U., Fever, N., Spam Filtering Support Vector Machine with Support Vector Machines, Turkish Foundation Computer Sciences and Engineering Document 6.1,7 th Edition, [24] Yavanoglu, U., Sagiroglu, S., Colak I., Information security threats in social networks and precautions to be taken, Politeknik Magazine 15.1, [25] Oguz, B., Cevahir H.K., Information Leakage in IT Management and Network-Based Multiple Protocol Information Leakage Prevention, 3. Network and information security symposium, Ankara Turkey, [26] DARKREADING website, (2017), Available: (Accessed ) [27] Andrey, N., ICS Threats. A Kaspersky Lab view, predictions and reality, IET Conference Proceedings. Cyber Security for Industrial Control Systems, London England, 2-3 Feb., [28] Ho, W.T., Kwak S.M., Social networking-based simulations for nuclear security: Strategy assessment following nuclear cyber terror on South Korean nuclear power plants (NPPs), Annals of Nuclear Energy, 81, 91-97, [29] Vojta, D., A Tale of Two Stances: Germany's Development and Fear of Nuclear Energy, Harvard International Review, 38,

161 Student Placement System According To Special Ability Score T. Cot 1,*, İ. Okumus 2 1 Graduate School of Natural and Applied Sciences, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi,Kahramanmaraş, TURKEY 2 Department of Computer Engineering, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi,Kahramanmaraş, TURKEY Abstract Apart from central placement to universities, each university conducts its own special ability exams to place students into some departments. Since this placement is not carried out centrally by OSYM, universities need a placement system. This placement has some difficulties. Candidates choose their placement preference if there are more than one department that s/he can be placed in. Students enter ability exams and get different scores for each exam type. Depending on the department of choice, placement score is calculated differently. At the end candidates are getting different placement scores for different departments and needs to be placed into proper department correctly depending on the order of preference. This process needs to be automated to make it less error prone. The purpose of this study is to develop a non-commercial open source placement application for Physical Education and Sports College that is integrated with OSYM VPS and General Directorate of Population KPS Web Services and can calculate the multiple course special ability scores and place students according to the preference order. Application will verify the identity of candidate automatically through KPS, get OSYM exam results directly through VPS, and use candidate s exam scores to calculate placement score. Then candidates are placed into the departments according to their placement score and order of preference. This application enables Special Ability Placement scores to be processed more securely and faster by using Store Procedure structure on the database side unlike other software which is working today with conventional AJAX and code behind. Keywords: Special Ability Exam Scoring, Multi-Score Placement Algorithm, Web Services. 1. INTRODUCTION The placement of students into the universities in our country is centrally done by OSYM. However, there are some departments that accept students through special skill exams. Usually these departments are sport colleges and fine arts departments. Special skill exams are carried out separately by each university locally and students are placed into these departments based on a score calculated considering special skill exam scores along with other factors. Depending on the score student is placed into a department of choice. Placement of students into departments is usually done manually using the help of the spreadsheet tools. There are couple of factors that makes this placement system complex which causes occasional errors in score calculations and student placement. First factor is score calculation. There are multiple factors affecting the score of a candidate such as special ability exam score, OSYM placement score, type of high school etc. All these scores have threshold values that needs to be controlled. Students below the threshold should not be allowed into the special ability exam or not put into the placement list. Special ability exam score also needs * Corresponding author. Tel.: : fax: address: (T. COT). 2672

162 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey to be carefully calculated. If there are more than one subexams, both needs to be considered calculating the final score. After calculating the exam placement score of a student, placement can also have difficulties. If candidate can choose only one department, placement is straight forward. However if there are more than one departments that student can choose depending on the exam score, placement can become complex. Because, for each department of choice, placement scores are calculated differently and corresponding score is used for placement. Manual or semiautomated placement takes time and can cause errors. Since special skill test score calculation and placement process is a very troublesome and time consuming process, these processes needs to be automated. These automations should work reliably and quickly. In this study, we present design and implementation of an automation system that automates these processes. For the case study we use placement of students into the Departments of Physical Education and Sports College. 2. MATERIALS AND METHODS 2.1. Web Service In order to calculate the exam scores and check thresholds, KPS demographic information and OSYM YGS results should be taken safely from e-government web services. With the development in internet network, many applications are made online via internet. Automatic retrieval of KPS and OSYM VPS data required for calculation of exam scores saves time to enter user data and prevents incorrect data entry. Using relevant web services confirms the reality of student statements. Web services should be used effectively for a healthy calculation. That s why universities need automations that perform special skill exam score calculation. Web services have different forms of use. One of them need methods that will produce the same results. To do these things consistently, the methods that will produce the same result through the relevant web services are made and invoked by the application. The other is to communicate data with applications running on different platforms. If one of the parties in the mutual communication is a client and one of the other is the server [2]. Web service is the program codes which serve with the HTTP protocol over the web. It is called "Remote Procedure Call" when a user uses a web service over HTTP. Against these calls made over HTPP, the protocol we call SOAP (Simple Object Access Protocol) produces XML output. Since data transfer is done through these XML output, it has a platform independent structure. It does not really matter which part of the program you want to use the web service is written on. Because the data type is XML, you will get Web service. Therefore, a Web Service written in C # can easily be used by a Web service.net technology written in Java by Java. The platforms where these softwares work are not very important either. An application that runs on Windows and an application running on linux can seamlessly use the same Web Service. [1]. The stored procedure is transactional SQL codes based on the database server. They are sql statements that are kept on databases and do not need to be recompiled after they are compiled once in the database. All work and transactions that can be done in the database can also be done with stored procedures. Stored procedures optimize database transactions [3] Candidate Online Application In the developed system, the applicant will create a user with his / her own mail account from the online application page. Then the user activates the user account with the activation mail. The activated user enters the system with the information and makes the application Getting Data from OSYM VPS A request is sent to the OSYM VPS with the candidate TC identification number. This request is made by sending a SOAP Message in XML format. An instance is created for the result information object returned by the Web service. From this instance object, YGS results, the secondary education achievement score and information about the settlement status of the previous year are obtained and the candidate application data is updated Intermediate Web Service for KPS Organizations that share data with Web services secure servers according to a range of IP intervals and authorize agencies accordingly. That's why organizations have to write intermediate running web services from these IP range. Institutions receive web service through these servers they prepare. 2673

163 Student Placement System According To Special Ability Score. T. COT, İ. OKUMUS Organizations that will use data sharing will want to use their credentials in many projects. Because of this, it has to execute client requests by writing intermediate service. Organizations that are willing to use an identity sharing system need to send an XML-formatted SOAP Message and write an interim web service that will get the result Calculation of Special Ability Test Score The placement score (YP) of the candidate will be calculated by standardizing it with the statistical methods detailed below, the formula of the coefficients determined by the OSYM will be applied to determine the placement score of the candidates. In the evaluation of the exam, male and female candidates are evaluated as separate groups. Special ability exams according to faculty / college / department are applied by universities. These test results are collected and a placement score is obtained. This score is called special ability test Score (OYSP). Candidates' special ability exam score from is course are sorted from lowest to highest and these scores are normalized to range, then OYSP scores are calculated. These scores are calculated according to the formula (1) and (2) as the relevant course score. C MinimumScore MaximumScore MaximumScore 99 = (1) RacecourseScore CandidateScore C *99 MinimumScore MaximumScore = (2) Placement score are calculated according to the racecourse score along with maximum YGS score and secondary education achievement score from the OSYM service. 2674

164 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2.6. Placement Algorithm Management Fig. 1. Selection Algorithm The placement algorithm shown in Fig. 1 determines the order of divisional successes according to the gender of the candidates and the division scores. This ranking is added to the table where the candidate recourse information is found. A temporary table is created in the database, including the student's id, the section to be placed, the order of preference, and gender information. This created temporary file is cleaned before every placement. Candidates who are not placed according to the relevant exam period and gender parameters and are not in the temporary table are read in a decreasing order according to the score of the department to be placed. During the read operation, the candidate's program choice sequence is taken. During the read operation, student id, the section where the candidate will be placed, preference order, period and gender information is added to the temporary table. If there are other sections to be placed, the same operations are performed in those sections and they are added to the temporary table. Temporary table entries are read according to student ID and the students who have multiple placement results are extracted by with T-Sql on the database side. In this extracted student information, the placement record with the higher order of preference is 2675

165 Student Placement System According To Special Ability Score. T. COT, İ. OKUMUS released and the other additional placement records are deleted. This process can also be called clearing the duplicate placement records. After duplicate records are cleared in the temp table at the bottom of the table, the number of candidate students to be placed according to the departments is assigned to the remaining quota variables. Here, if the remaining quotas are greater than zero, the cycle is repeated so that the operations performed for the relevant sections are repeated Exam Results Display Candidate students question the result information together with TC ID number and birth date information as seen in Figure 2. The result of this query the preferred departments, the success rankings according to the preferred departments, the placement scores calculated according to the preferred departments and the department information on which they are placed are displayed. 3. RESULTS AND DISCUSSION Fig. 1. Conference banner The identity information used in the coding infrastructure of this system and the results information of ÖSYM are automatically obtained from the related e-government web services by creating web services if necessary. Thanks to this method, information is processed safely and quickly. By taking advantage of these developments in information technology, incorrect data entry has been prevented. At the same time, since the data is automatically transferred in a rapid manner, significant savings have been achieved in the workforce. If the project design did not create a structure that was interactive with web services, the results would be wrong. All of the database operations that have been done have been built using the blessings of technology. The entire database architecture is configured with stored procedure, function, trigger and index logic. Thus, the score calculation and placement processes are carried out in a healthy and fast manner. Kahramanmaras Sutcu Imam University developed a special talent exam project for three years according to the institution's special talent exam guide has been successful in student placement procedures. Candidate students have the opportunity to apply easily from online application page. Since the prospective student placement algorithm is based on stored procedure base database coding, the results were quickly calculated. The placement results for the candidates were announced online at the university website. In order to ensure the security of the candidate information, the result query page was run with the birth information from the General Directorate of Population together with the ID number of the candidates. 2676

166 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey The information and documents received by online applicants were checked by the OSYM VPS exam result web service and by the web site of the General Directorate of Population KPS identity information web service. Thus, placement of candidate students according to their preferences has been done in a fair way. These systems, made in the name of reducing the dependency on the persons, will provide Institutional Identity to the Superior Committees for Special Ability Examination Committees. Designing such ready systems will constitute exemplary practices for other personnel and such practices will further develop. Such systems, prepared in government institutions in terms of development of information technologies would be open to use by other government agencies and it will be possible to share codes in terms of information exchange by increasing cooperation among institutions. This will provide a more effective business alliance by sharing information among institutions. As a result, thanks to open source code, an institution will be able to benefit from the work of other institutions. We would like to thank Prof. Dr. Ökkeş Alpaslan GENÇAY for his invaluable guidance during this development process. Table I. Kahramanmaras Sutcu Imam University Special Ability Examination Number of students placed according to years Placements Girls Boys Substitute Girls Substitute Boys Education Period Education Period Education Period REFERENCES [1] Imre, M., (2012),(online), Available:http://muratimre.blogspot.com.tr/2012/06/web-servis-nedir-nerelerde-kullanlr.html [2] Pehlivan, E., (2012), Available:http://www.javauzmani.com/web-servisleri-soap-uddi-wsdl/ [3] Deveci, M.S., (2012), Available: https://mehmetsalihdeveci.net/2012/03/15/stored-procedure-nedir-ve-nasil-kullanilir/ 2677

167 Design and Analysis of Multi-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor G. Boztas 1,*, O. Aydogmus 2 1,3 Department of Electrical & Electronics Engineering, Faculty of Technology, Firat University, Elazig, Turkey 2 Department of Mechatronics Engineering, Faculty of Technology, Firat University, Elazig, Turkey Abstract This paper presents design and analysis of multi-phase Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) in order to compare performances of 3-, 5- and 7-phase. The performances of these motors have been analyzed by using Infolytica/MotorSolve software. Same rotor geometry has been used for these motors. However, the stator slot numbers have been determined as proportional to phase number of the motors. Input/output diameters of the stator have not been changed for all these motors so as to obtain an accurate comparison. Performance curves of phase-currents, output powers, torques, efficiencies and power factors have been presented for these motors at the same operating conditions. It can be possible to use low power switches in motor drive system thanks to reduction phase current because phase currents decrease as proportional to phase number of the motors. Additionally, the torque ripples are considerably reduced. This work shows that the multi-phase PMSMs are a good alternative in order to obtain lower torque, lower power inverter structure than 3-phase PMSMs. Keywords: Permanent magnet synchronous motor, multi-phase motor, electric motor design. 1. INTRODUCTION Increasing energy consumption has become a critical problem for all commercial sectors, especially for the industry. Research by the International Energy Agency (IEA) predicts that the world s energy demand will almost twice its energy demand of today by Until 2030, the world's current energy demand is forecasted to be nearly twice according to a research of the International Energy Agency (IEA). The importance of the energy efficiency is increasing with the increasing energy consumption. The efficiency of the electric motors directly affects energy consumption because they constitute more than half of the world's energy consumption [1]. All ac motors require multi-phases in order to generate the rotating field. For more than one century, 3-phase systems are used in industry. Therefore, ac motors have to be designed to run with 3-phase sources. However, multi-phase ac system has some advantages for ac motors such as low stator current per phase, higher rate winding factor, lower torque ripple, higher reliability, dc-link current harmonics, the lower current stress of switching devices, lower voltage level semiconductors for drive system, fault tolerance capability and lower air gap flux etc. Multiphase variable speed drive systems have been known since the second half of the 1990s [2-4]. High power ac motor, ship propulsion, electric vehicle and the concept locomotive traction and aerospace are the main application areas of multiphase motors [5-8]. Induction motors and permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are widely used in these applications. * Corresponding author. Tel.: /4346: fax: address: (G. Boztas). 2678

168 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey PMSM has higher power density, higher efficiency, higher power factor and dynamic response than the other ac motors. It is possible to achieve much higher advantages by combining the advantages of multi-phase system and the advantages of PMSM [9-12]. In this paper, the effects of the phase number have been analyzed for PMSMs. Three different PMSMs have been designed in order to get a comparison of motor performances depending on number of phases. The rotor geometries of the compared motors have not been changed. But, the numbers of stator slot are only changed to achieve a good comparison about the effect of phase number value. Multi-phase motor has been shown so as to significantly decrease torque ripples of the motor. Additionally, it has been shown that the rated currents of the stator winding decrease inversely proportional with number of phase. The output power, efficiency and power factor remain constant for the compared motors in this study. As a result, it can be said that to increase motor phase number is an advantage in terms of quality motors. 2. MODELING OF PMSM dq-axis concept is preferred for all 3-phase AC motors as well as PMSM in literature. The voltage equations of PMSM derived by using dynamic equivalent circuit shown in Fig.1 are given as; u (t) = R i (t) + dψ d (t) ω ψ (t) (1) d s d dt u q (t) = R s i q (t) + dψ q (t) dt e q + ω e ψ d (t) (2) where ωe is the electrical rotor frequency, Rs is the stator winding resistance.ψd and ψq are linkage fluxes of d- axis and q-axis, respectively. The linkage fluxes are given in Eq.3 and Eq.4. Rs Lq + + iq + u q ωeψm u d ωeldid q-axis circuit (Torque) Rs Ld id ωelqiq + d-axis circuit (Field) Fig. 1. Equivalent circuit of a PMSM ψ d = L d i d +ψ m (3) ψ q = L q i q (4) where ψm is the flux linkage due to the rotor magnets. The electromagnetic torque for synchronous machines in the dq-axis is given by; 3 T e = p[ψ d i d ψ q i q ] 2 (5) where p is number of pole pairs. If Eq.3 and Eq. 4 are substituted into Eq.9, the torque can be also expressed in the following way; 3 T e = p[ψ m i q + (L d L q )i q i d ] 2 (6) In this work, surface mounted PMSM has been used. The reluctance torque is not produced due to Ld= Lq. In this situation, electromagnetic torque is proportional to iq as a dc motor armature current, so the torque expression of surface mounted PMSM becomes; 2679

169 Design and Analysis of Multi-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor, G. Boztas 3 T e = 2 pψ m i q (7) 3. DESIGN AND ANALYSIS OF MULTI-PHASE MOTORS In this paper, four different motors have been designed as 3-phase, 5-phase and 7-phase. The designed motors have same rotor structure as surface mounted with two radial magnets per pole as shown in Fig. 2. The stack length and outer diameter of the motors are taken as 285 mm and 322 mm, respectively. Pole number has been taken as 4 and rated speed has been determined as 1500 rpm for all motors. Magnet thickness and magnet angle are 5 mm and 80 degrees, respectively. The material of magnets is Neodymium Iron Boron. Fig. 2. Stator and rotor geometries of the motors; a) 3-Phase PMSM, b) 5-Phase PMSM, c) 7-Phase PMSM The different specifications of the designed motor are illustrated in Table I. Table I. Specifications of the designed motors Number of phases Number of Slots Rated Current Designed Motor A Designed Motor A Designed Motor A The friction loss, windage loss and stray loss have been neglected in the analysis results. It can be seen that number of the pole is 4 for all motors. The flux densities with lines have been given in Fig. 3. The flux distributions of the rotor are not changed depending on the number of phases as shown in figures. The maximum flux densities of the designed motors approximately equal 2 Tesla. Fig. 3. Flux densities and flux lines of the motor; a) 3-Phase PMSM, b) 5-Phase PMSM, c) 7-Phase PMSM 2680

170 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey The line current - flux linkage curves are illustrated in Fig. 4. It can be noted that more flux has been produced with less current by increasing the number of phases. Fig. 4. Flux linkage of the designed motors; (Blue) 3-Phase, (Green) 5-Phase, (Red) 7-Phase The generated torques of the designed motors are given in Fig. 5. The average torque of the motors is nearly equal 70 Nm. However, the torque ripples are not equal as shown in Fig. 5. The torque ripples have changed inversely proportional depending on number of phase. The lowest torque ripple has been obtained with 7- phase PMSM. Fig. 5. Generated torque of the designed motors; a) 3-Phase PMSM, b) 5-Phase PMSM, c) 7-Phase PMSM PWM analyses of the designed motors are given in Table-II. The developed average torques are calculated as 71.3 Nm, 72.1 Nm and 73.7 Nm at full-load condition with rated speed. All motors have about 11 kw output power and 95-96% efficiency at the same conditions. The power factor decreases negligibly when the phase number is increased. However, the torque constant is proportionally increased with the phase number as shown in Table-II. Table II. PWM analyses of the designed motors 3 ~ 5 ~ 7 ~ Torque (N.m) Output power (kw) 11,6 11,3 11,3 Efficiency (%) 96 95,3 95,1 Power factor 0,779 0,745 0,728 Kt (N.m/A) 3,54 5,76 7,

171 Design and Analysis of Multi-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor, G. Boztas 4. CONCLUSIONS The technology of electric motors with drive systems increase rapidly around the world. This situation creates some problems such as increasing energy consumption, decreasing power quality and increasing environmental problems which have become a critical issue for the industrialized countries. They have to use their energy resources in the best way. These issues have already worked as a popular issue in literature because interest in issues such as power quality and high efficiency is steadily increasing. For this reason, the electric motors and their drive systems have been the most important issue that needs improvement. Recently, multi-phase motors and their drive systems have gained importance due to the following reasons; reducing torque pulsation of the motor, reducing the stator phase current, lowering the dc-link current harmonics, improving noise characteristics, reducing the stator copper loss, reducing the volume of the motor for same output power, reducing the power semiconductors. In this paper, three multi-phase motors have been designed in order to show reduced torque pulsation and the stator current per phase which are significant advantages for motor applications. In addition, PWM analysis has been obtained to give output power, efficiency, power factor and torque constant at the same load conditions. The results show that multi phase motors are a good solution to improve the motor torque ripples and usage of stator windings. REFERENCES [1] O. Aydogmus, Design of Permanent Magnet Synchronous Motor Drive Fed by amatrix Converter, PhD Thesis, Firat University, Elazig, [2] Thakur, E.S., A Review on Multiphase Permanent Magnet Synchronous Motor Drive, International Journal of Innovative Research in Computer and Communication Engineering 4(6); , June [3] Matyas, A.R., Biro, K.A., Fodorean, D., Multi-Phase Synchronous Motor Solution for Steering Applications, Progress in Electromagnetics Research, 131; 63 80, [4] Bae, CB., Kim YG., Kim JM., Kim, HC., Vector Control and Harmonic Ripple Reduction with Independent Multiphase PMSM, The 2010 International Power Electronics Conference, p , [5] Choi, HY., Park, S.J., Kong, Y.K., Bin, J.G., Design of Multi-Phase Permanent Magnet Motor for Ship Propulsion, 2009 International Conference on Electrical Machines and Systems, Tokyo, Japan, [6] Milanesi, F., Design optimization and control strategies for PM Multiphase Tubular Linear Actuator, Power Electronics, Machines and Drives, PhD Thesis, University of Bologna p.29, [7] Puranen J., Induction Motor Versus Permanent Magnet Synchronous Motor in Motion Control Applications: A Comparative, PhD Thesis, Lappeenranta University of Technology, [8] Parsa, L., On Advantages of Multi-Phase Machine, 31st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, p , [9] Qiao, M., Zhang, X., Ren, X., Research of Mathematical Model and Sudden Symmetrical Short Circuit of the Multiphase Permanent-magnet Motor, International Conference on Power System Technology, Kunming, China, 19; p , [10] Grandi, G., Serra, G., Tani, A., General Analysis of Multi-Phase Systems Based on Space Vector Approach, Proc. of 12th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC), Portoroz (Slovenia), p , [11] Zhao, Y., Lipo, T.A., Space Vector PWM Control of Dual Three-phase Induction Machine Using Vector Space Decomposition, IEEE Transactions on Industry Applications, 31(5); , [12] Casadei, D., Serra, G., Tani, A., Zarri, L., General Inverter Modulation Strategy for Multi-Phase Motor Drives, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vigo, Spain, p ,

172 Numerical Investigation of the Effect of the Position of a Barrier Placed in a Square Cavity on Naturel Convection and Heat Transfer F. Ozgen 1,*, Y. Varol 2 1 Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Turkey 2 Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Turkey Abstract In this study, the natural convection heat transfer in a closed volume with an angled plate placed on the vertical wall at the end thickness was numerically investigated. For different states of the barrier placed in the enclosed volume different computer programs have been prepared and it was investigated by using finite difference method. These programs have solved the continuity, momentum and energy equations for given boundary conditions. Results were obtained for angled barrier, different placement place, thickness and width values. Obtained results are presented with streamlines, isotherms and local Nusselt numbers. It has been found that the barrier position is an effective parameter for flow and heat transfer. Keywords: Finite Difference Method, Numerical Solutions, Natural Convection, Heat Transfer SEMBOLLER β : Isıl genleşme katsayısı g : Yerçekimi ivmesi h : Plakanın tabandan yüksekliği H : Kapalı hacmin yüksekliği L : Kapalı hacmin boyu Nux : Yerel Nusselt sayısı Nuort : Ortalama Nu sayısı Pr : Prandtl sayısı P : Basınç Ra : Rayleigh sayısı RK : Boyutsuz Isıl iletkenlik katsayısı t : Plakanın kalınlığı T : Akışkan sıcaklığı Th : Kapalı hacmin taban sıcaklığı Tc : Kapalı hacmin üst yüzey sıcaklığı u : x yönündeki akış hızı U : x yönündeki boyutsuz akış hızı v : y yönündeki akış hızı V : y yönündeki boyutsuz akış hızı x,y : Kartezyen koordinatlar * Corresponding author. Tel.: /4374: fax: address: (F. Ozgen). 2683

173 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey X,Y x y T α ν θ φ ψ Ψ Ω : Boyutsuz kartezyen koordinatlar : Ayrık noktaların x yönündeki sonlu uzaklığı : Ayrık noktaların y yönündeki sonlu uzaklığı : Sıcaklık farkı : Isıl difüzyon katsayısı : Kinematik viskozite w : Boyutsuz sıcaklık : Plakanın eğim açısı : Akım fonksiyonu : Boyutsuz akım fonksiyonu : Boyutsuz girdap fonksiyonu : Plakanın genişliği 1. GİRİŞ: Farklı sıcaklık sınır şartlarına sahip ve içerisine akış ve ısı transfer kontrol elemanı olarak farklı geometride elemanlar yerleştirilmiş kapalı hacimlerde doğal taşınımla ısı transferi ve akış problemlerine ısı transferinin yer aldığı tüm uygulamalarda karşılaşılmaktadır. Örneğin, ısıtma ve havalandırma, güneş enerjili ısıtma-soğutma sistemleri, elektronik soğutma aygıtları, radyoaktif atıkların depolanması, sıvı metaller ve davranışları gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda ısıl yönden sistemin optimum seviyede tasarlanması enerji verimliliği açısından son derece önemlidir. Literatürde, genellikle içi boş ve cidarları farklı sınır şartına sahip uygulamalar mevcuttur. Ancak akış alanına engellerin yerleştirilmesi, ısı transferini kontrol eden bir mekanizma olduğundan tercih edilen bir durum olmuştur. İçerisinde plaka bulunan kapalı hacimlerdeki doğal taşınım ısı transferi ile ilgili çalışmalara son yıllarda yaygın olarak rastlanmaktadır. Costa vd. [1], cidarları farklı olarak ısıtılmış, iki boyutlu kare kesitli kapalı bir hacmin köşelerine yerleştirilen üçgen elemanlar kullanılarak oluşan laminar doğal taşınımın kontrolünü yapmışlardır. Kullanılan elemanların boyutları ve yerleşim yerleri değiştirilerek sonuçlar verilmiştir. Nakhi ve Chamkha [2], kare şeklindeki kapalı bir hacim içerisine yerleştirilen ince bir levhanın, farklı açı ve uzunluklarının doğal taşınım ısı transferi üzerine etkilerini sayısal olarak incelemişlerdir. Nansteel ve Greif [3], içerisine düşey adyabatik bir plaka yerleştirilmiş dikdörtgen biçimli kapalı bir hacimdeki iki boyutlu ısı transferi ve akışkan akışını deneysel olarak incelemişlerdir. Tasnim ve Collins [4], kare şeklinde kapalı bir hacim içinde sıcak duvar üzerine levha yerleştirerek kapalı hacimde oluşan ısı transferinin sayısal analizini yapmışlardır. Matematiksel bir model geliştirerek, düşey sıcak yüzey üzerine yerleştirilen levhanın laminar doğal taşınım ısı transferine etkilerini incelemişler ve levhasız duvar olması durumundaki ısı transferi ile karşılaştırmışlardır. Mezrhab vd. [5], farklı ısıtılmış kare kesitli bir kapalı hacim içerisindeki doğal taşınımı sayısal olarak incelemişlerdir. Engeller kapalı hacmin soğuk duvarı üzerine bağlanmıştır. Chen vd. [6], dikdörtgen kesitli kapalı bir hacim içerisine bir plaka yerleştirerek, yüzey içerisinde meydana gelen doğal taşınımı incelemişlerdir. Kapalı hacmin düşey duvarları üniform sıcaklıkta iken alt ve üst duvarları yalıtılmıştır. Tong ve Gerner [7], hava ile dolu dikdörtgen bir kapalı hacim içerisine düşey olarak yerleştirilen engelin doğal taşınımı nasıl etkilediğini araştırmışlardır. Denklemler sonlu farklar metodu kullanılarak çözülmüştür. Vahl Davis ve Jones [8], kapalı bir hacim içerisindeki laminar doğal taşınımı inceleyerek, bu konuda yapılan birçok çalışma ile ayrıntılı olarak kıyaslamışlardır. Altaç ve Konrat [9], hava dolu kapalı kutular içindeki bir ince yatay izotermal plakadan olan doğal taşınım ile ısı geçişini sayısal olarak özetlemişlerdir. Artan Rayleigh sayısı ile ısı geçiş oranının arttığı ve artan plaka uzunluğu ile Nusselt sayısının azaldığı görülmüştür. Varol vd. [10], içerisinde engel bulunan, alttan ısıtılmış kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınımı sayısal ve deneysel olarak analiz etmişlerdir. Sayısal ve deneysel çalışma sonucunda elde ettikleri verileri karşılaştırarak, grafikler halinde sunmuşlardır. Yapılan bu çalışmada, kare kesitli kapalı hacmin bir cidarına açılı olarak yerleştirilen sonlu kalınlıkta ve uzunlukta bir engel yardımıyla, doğal taşınım ısı transferi sayısal olarak kontrol edilmiştir. Açılı engelin, farklı yerleştirme yeri, kalınlığı ve genişlik değerleri için sonuçlar alınmıştır. Çalışmada elde edilen sayısal sonuçlar, akım çizgileri, eş sıcaklık eğrileri ve yerel Nusselt sayıları olarak verilmiştir. Engelin konumunun akış ve ısı transferi üzerinde etkin parametreler olduğu görülmüştür. 2. MATEMATİKSEL FORMÜLASYON: Bu çalışmada, düşey duvarında engel bulunan kare bir hacim içerisindeki doğal taşınım sayısal olarak incelenmiştir. Kapalı hacmin alt yüzeyi sıcak, üst yüzeyi soğuk, yan yüzeyleri ise yalıtımlıdır. Sayısal çalışma için kullanılan geometri ve sınır şartları Şekil 2.1 de verilmiştir. 2684

174 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Şekil a) Fiziksel model, b) Grid dağılımı Akışı ve ısı transferini yöneten kısmi diferansiyel denklemler, sürekli rejimde ve iki boyutlu laminar akış için yazılmıştır. İki boyutlu kartezyen koordinatlar için kullanılan süreklilik, momentum ve enerji denklemleri aşağıdaki gibi verilebilir: = 0 + y v x u (1) x doğrultusundaki momentum denklemi: ( ) = + T T g y u x u x P y u v x u u β ν ρ (2) y doğrultusundaki momentum denklemi: + + = y v x v y P y v v x v u ν ρ (3) + = y T x T y T v x T u α (4) Sayısal çözümlemelerde boyutsuzlaştırma işlemi gerekli bir adımdır. Denklemlerin boyutsuzlaştırılması ile, hesaplamalar daha kolay yapılacak ve sonuçlar daha kullanışlı bir hale gelecektir. (1)-(4) denklemlerini boyutsuz formda yazabilmek için, aşağıda verilen boyutsuz ifadeler kullanılmıştır: L x X =, L y Y =, y u = ψ, x v = ψ, α ψ Ψ = c h c T T T T = θ, ( ) να β 3 L T T g Ra c h = (5) Bu durumda, (1-4) numaralı denklemlerin boyutsuz hali aşağıdaki gibi yazılabilir. X Ra Y X X Y Y X Ω Ψ Ω Ψ = Ω + Ω θ Pr (6) Y X Y X X Y + = Ψ Ψ θ θ θ θ (7) 2685

175 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Çözüm için gerekli olan sınır şartları; Yatay eksenler boyunca;,u=0,v=0 θ ( X, 0) = 1, Ψ( X, 0) = 0 θ ( X, 1) = 0, (, 1) = 0 Ψ X, U=0, V=0 Düşey eksenler boyunca; θ ( 0, Y ) = 0, Ψ( 0, Y ) = 0 X θ ( 1, Y ) = 0, Ψ( 1, Y ) = 0, U=0, V=0 şeklindedir. X Yerel ve ortalama Nu sayıları aşağıdaki gibi verilebilir: L θ Nu x =, Y Nu = Nu dx x Y =0 0 (8) Cebirsel denklemlerin çözümü için merkezi sonlu farklar yöntemi kullanılmıştır. X ve Y yönünde üniform grid dağılımı kullanılmış ve yapılan testler neticesinde 61x61 grid boyutunun yeterli olduğu tespit edilmiştir. Sayısal çözümün geçerliliği için mevcut programdan elde edilen sonuçlar, cidarları farklı ısıtılan kapalı hacimler için çözülmüş ve literatürden temin edilmiş sonuçlar Tablo 1 de verilmiştir. Mevcut çalışma ile literatürdeki sonuçlar karşılaştırıldığında birbirine yakın değerlerin elde edildiği ve mevcut çalışma için hazırlanan programın doğru sonuç verdiği kanaatine varılmıştır. Tablo 1. de Ben-Nakhi ve Chamkha [2] tarafından yapılan çalışma ile mevcut çalışma sonucu elde edilen ortalama Nusselt sayıları, farklı Rayleigh sayıları için verilmiştir. Bu çalışmada, üst ve alt yüzeyi yalıtımlı, düşey cidarları sıcak ve soğuk olan, içerisine 45 0 eğim açısı ile engel yerleştirilmiş kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınım ısı transferi incelenmiştir. Tablo 1. Üst ve alt yüzey yalıtımlı, düşey cidarları sıcak ve soğuk olan, 45 o eğim açısı ile engel yerleştirilmiş kapalı bir hacim içerisindeki ortalama Nu sayısının karşılaştırılması Ra Ben-Nakhi ve Chamkha [2] Mevcut çalışma Hata oranı (%) SONUÇLAR VE TARTIŞMA: Sayısal yöntemler, matematiksel problemlerin, aritmetik işlemlerle çözülebilmelerini sağlayacak şekilde formüle edildiği tekniklerdir. Çeşitli sayısal yöntemler olmasına karşın, hepsinin ortak bir özelliği, çok sayıda karmaşık aritmetik işlemler içermesidir. Bu nedenle, hızlı ve verimli sayısal bilgisayarların gelişmesiyle son yıllarda mühendislik problemlerinin çözümünde sayısal yöntem teknikleri önemli bir rol oynamaktadır. Sayısal yöntemler son derece güçlü problem çözme araçları olup, birçok mühendislik uygulamalarında analitik yollardan çözülmesi çoğu zaman olanaksız olan karmaşık denklem sistemlerini ve karmaşık geometrileri çözmeyi başarabilirler. Bu çalışmada, düşey duvarına sonlu kalınlıkta açılı bir plaka yerleştirilmiş kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınım ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Sonlu farklar metodu kullanılarak, kapalı hacim içine yerleştirilen engelin farklı durumları için, farklı bilgisayar programları hazırlanmıştır. Bu programlar, verilen sınır şartları için süreklilik, momentum ve enerji denklemlerinin çözümünü yapmıştır. Açılı engelin, farklı yerleştirme yeri, kalınlığı ve genişlik değerleri için sonuçlar alınmıştır. Çalışmada elde edilen sayısal sonuçlar, akım çizgileri, eş sıcaklık eğrileri ve yerel Nusselt sayıları olarak verilmiştir. Engelin konumunun akış ve ısı transferi üzerinde etkin parametreler olduğu görülmüştür. 2686

176 0.7 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Ψmax(0.2601,0.8247)=2.93 Ψmin(0.6059,0.4362)= a) Ψmax(0.2216,0.8418)=1.2 Ψmin(0.6401,0.4405)= b) Şekil 3.1. Akım çizgileri (solda) ve eş sıcaklık eğrilerinin (sağda) plaka kalınlığı ile değişimi; (φ =120 o, Ra=10 5, h=0.5, w=0.5, RK=1, ve Pr=0.71), a) t1=0.1, b) t2= 0.2 Şekil 3.1. de, plaka kalınlığının akım ve sıcaklık profilleri üzerine olan etkisi incelenmiştir. Şekil 3.1. (a) da görüldüğü gibi plaka kalınlığının az olduğu durumda oyuğun alt kısmındaki dönme sayısı fazladır ve bu bölgede taşınım yoluyla olan ısı transferi daha da baskındır. Bu durumda eş sıcaklık eğrilerinin de simetrik olarak dağılmadığı görülmektedir. Şekil 3.1. (b) de plaka kalınlığının arttırılması ile kapalı hacim içerisindeki akış alanı azalmakta ve ısı transfer miktarı düşmekte, böylece kapalı hacim içerisindeki dönme merkezleri azalmaktadır. İletim yoluyla olan ısı transferi kendisini hissettirerek, dönme merkezlerinin azalmasına ve sıcaklık eğrilerinin düzgün yayılmasına neden olmaktadır. Plaka kalınlığının arttırılması kapalı hacim içerisindeki akış alanını azalttığı için, taşınım yoluyla olan ısı transferi azalmakta ve buna bağlı olarak akımın maksimum ve minimum mutlak değerlerinde düşme olmaktadır. 2687

177 0.5 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Ψmax(0.5461,0.5045)=26.1 Ψmin(0.9389,0.9144)= a) Ψmax(0.9005,0.0817)=0.222 Ψmin(0.4906,0.513)= b) Şekil 3.2. Akım çizgileri (solda) ve eş sıcaklık eğrilerinin (sağda) plakanın yerleştirilme yeri ile değişimi; (φ =120 o, Ra=10 5, t=0.033, w=0.25, RK=1, ve Pr=0.71), a) h1=0.25, b) h2=0.75 Şekil 3.2. de hacim içerisine yerleştirilen plakanın düşey duvara farklı pozisyonlarda yerleştirilmesinin ısı transferi üzerine olan etkisi incelenmiştir. Şekil 3.2. (a) da akım profilinde görüldüğü gibi, plakanın alt tabana çok yakın yerleştirilmesi, alt taban ile plaka arasına çok az akışkan girdisine neden olmuştur. Plaka üzerinde kalan bölgede ise saat ibresinin tersi yönünde tek dönme merkezi meydana gelmiştir. Şekil 3.2. (b) de görüldüğü gibi plakanın sıcak yüzeyden uzaklaştırılıp, soğuk yüzeye yakın yerleştirilmesi ısınan akışkanın önünün açılmasına ve hareketlenmesine neden olmuştur. Akış alanı içerisinde saat ibresi ile aynı yönde olacak şekilde bir dönme merkezi de meydana gelmiştir. Şekil 3.2. de görüldüğü gibi eş sıcaklık eğrileri de düzgün bir dağılım göstermektedir. Plakanın farklı yerlere yerleştirilmesi ısı transferi üzerine etki etmekte ve buna bağlı olarak akımın maksimum ve minimum mutlak değerlerinde değişim olmaktadır. 2688

178 0.6 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Ψmax(0.8023,0.1458)=2.18 Ψmin(0.5333,0.5856)= a) Ψmax(0.2729,0.7991)=4.04 Ψmin(0.5717,0.4148)= b) Şekil 3.3. Akım çizgileri (solda) ve eş sıcaklık eğrilerinin (sağda) plaka genişliği ile değişimi; (φ =120 o, Ra=10 5, t=0.033, h=0.5, RK=1, ve Pr=0.71), a) w1=0.25, b) w2=0.75 Şekil 3.3. de hacim içerisine farklı uzunluklarda yerleştirilen plakanın ısı transferi üzerine olan etkisi incelenmiştir. Plaka uzunluğunun artmasıyla sirkülasyon alanı azalır ve haliyle ısı transferi düşer. Şekil 3.3. (a) da plaka uzunluğunun kısa olması ısınan akışkanın üst bölgeye olan hareketini çok fazla engellememiştir. Akış alanı içerisinde saat ibresinin tersi ve aynı yönünde olacak şekilde farklı dönme merkezleri oluşmuştur. Şekil 3.3. (b) de plaka uzunluğunun fazla olması akış alanını hemen hemen ikiye bölmüş ve akışın özellikle plakanın alt bölgesinde hareketli olmasına neden olmuştur. Sıcaklık eğrilerinin de simetrik olarak dağıldığı görülmüştür. 2689

179 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Nux h= h= h= X Şekil 3.4. Plakanın yerleştirilme yerine bağlı olarak yerel Nusselt sayısının sıcak yüzey boyunca değişimi; (w=0.25, t=0.033, Pr=0.71, RK=1, φ =120 o ve Ra=10 5 ) Şekil 3.4. de plakanın düşey duvara farklı pozisyonlarda yerleştirilmesine bağlı olarak, yerel Nusselt sayısının sıcak yüzey boyunca değişimi görülmektedir. Plakanın sıcak yüzeye yakın olması (h=0.25) üst bölgedeki akışkan hareketini kolaylaştıracaktır ve taşınım yoluyla olan ısı transferi az da olsa arttığı için yerel Nusselt sayısı da artacaktır. Bu artış, engelsiz kısımda düşme eğilimi göstermektedir Nux 3 2 w= w=0.50 w= X Şekil 3.5. Plakanın genişliğine bağlı olarak yerel Nusselt sayısının sıcak yüzey boyunca değişimi; (h=0.5, t=0.033, Pr=0.71, RK=1, φ =120 o ve Ra=10 5 ) Nux t=0.033 t=0.1 t= X Şekil 3.6. Plakanın kalınlığına bağlı olarak yerel Nusselt sayısının sıcak yüzey boyunca değişimi; (h=0.5, w=0.5, Pr=0.71, RK=1, φ =60 o ve Ra=10 5 ) 2690

180 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Şekil 3.5. de plakanın genişliğine bağlı olarak, yerel Nusselt sayısının sıcak yüzey boyunca değişimi verilmiştir. Bu değişim sinüsoidal bir dağılım arz etmektedir. Plaka genişliğinin artması ile ısı transfer yüzey alanı azalır ve taşınım yoluyla olan ısı transfer miktarı da düşer ve buna bağlı olarak yerel Nusselt sayısının değeri de düşük olur. Şekil 3.6. de plakanın kalınlığına bağlı olarak, yerel Nusselt sayısının sıcak yüzey boyunca değişimi verilmiştir. Plaka kalınlığının artması ile ısı transfer yüzey alanı azalır ve taşınım yoluyla olan ısı transfer miktarı da düşer. Bu düşüş yerel Nusselt sayısının da düşmesi anlamına gelir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar incelendiğinde, kapalı hacim içerisine yerleştirilen engelin farklı konumlara yerleştirilmesinin doğal taşınım ısı transferini etkilediği görülecektir. KAYNAKLAR [1] Costa, V.A.F., Oliveria, M.S.A. and Sousa, A.C.M., Control of laminar natural convection in differentially heated square enclosures using solid inserts at the corners, Int. J.of Heat and Mass Transfer 46, , [2] Ben-Nakhi, A. and Chamkha, A.J., Effect of length and inclination of a thin fin on natural convection in a square enclosure, Numerical Heat Transfer 50, , [3] Nansteel, M.W. and Greif, R., An investigation of natural convection in enclosures with two-and three-dimensional partitions, Int. J. Heat Mass Transfer, 27, , [4] Tasnim, S.H. and Collins, M.R., Numerical analysis of heat transfer in a square cavity with a baffle on the hot wall, Int. Comm. Heat Mass Transfer., 31, , [5] Mezrhab, A., Jami, M., Abid, C., Bouzidi, M. and Lallemand, P., Lattice-Booltzmann modelling of natural convection in an inclined square enclosure with partitions attached to its cold wall, Int. J.of Heat and Fluid Flow, 27, , [6] Chen, K.S., Ku, A.C. and Chou, C.H., Investigation of natural convection in partially divided rectangular enclosures both with and without an opening in the partition plate: Measurement results, Journal of Heat Transfer 112, , [7] Tong, T.W. and Gerner, F.M., Natural convection in partitioned air-filled rectangular enclosures, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 13, , [8] Vahl Davis, G.D. and Jones, I.P., Natural convection in a square cavity: A comparison exercise, International Journal for Numerical Methods in Fluids 3, , [9] Altaç, Z. and Konrat, S., Natural convection heat transfer from a thin horizontal isothermal plate in air-filled rectangular enclosures, Journal of Thermal Science and Technology 29, 1, 55-65, [10] Varol, Y., Öztop, H.F., Özgen, F. and Koca, A., Experimental and numerical study on laminar natural convection in a cavity heated from bottom due to an inclined fin, Heat Mass Transfer 48, 61-70,

181 Design of an Experimental Setup to Examine Natural Convection Heat Transfer F. Ozgen 1,*, Y. Varol 2 1 Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Turkey 2 Fırat Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Turkey Abstract In this study, an experimental setup was designed to investigate the natural convection in the closed volume with the plate placed on the vertical wall both experimentally and numerically. Information was given about the used test equipment and each stage was presented by photos. Vertical walls of the closed volume are insulated and horizontal walls are at constant temperature. A numerical method is given in the study, numerical and experimental results are compared and presented in graphical form. It was observed from the results that the Rayleigh number and the placement of the plate on the wall affect the natural convection heat transfer. Keywords: Natural Covection, Plate, Heat Transfer, Experimental Design SEMBOLLER : Isıl genleşme katsayısı β g h H L Nux Nuort Pr P Ra RK t T Th Tc u U v V x,y X,Y x : Yerçekimi ivmesi : Plakanın tabandan yüksekliği : Kapalı hacmin yüksekliği : Kapalı hacmin boyu : Yerel Nusselt sayısı : Ortalama Nu sayısı : Prandtl sayısı : Basınç : Rayleigh sayısı : Boyutsuz Isıl iletkenlik katsayısı : Plakanın kalınlığı : Akışkan sıcaklığı : Kapalı hacmin taban sıcaklığı : Kapalı hacmin üst yüzey sıcaklığı : x yönündeki akış hızı : x yönündeki boyutsuz akış hızı : y yönündeki akış hızı : y yönündeki boyutsuz akış hızı : Kartezyen koordinatlar : Boyutsuz kartezyen koordinatlar : Ayrık noktaların x yönündeki sonlu uzaklığı * Corresponding author. Tel.: /4374: fax: address: (F. Ozgen). 2692

182 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey y T α ν θ φ ψ Ψ Ω : Ayrık noktaların y yönündeki sonlu uzaklığı : Sıcaklık farkı : Isıl difüzyon katsayısı : Kinematik viskozite w : Boyutsuz sıcaklık : Plakanın eğim açısı : Akım fonksiyonu : Boyutsuz akım fonksiyonu : Boyutsuz girdap fonksiyonu : Plakanın genişliği 1. GİRİŞ: Doğal taşınımda akış hızları genellikle zorlanmış taşınımdakilere göre çok daha küçük olduğundan, taşınımla ısı geçişi de daha yavaştır. Farklı yollarla ısı geçişinin olduğu birçok uygulamada, doğal taşınım ısı geçişine en büyük direnci oluşturur ve bu nedenle sistemin tasarımında veya performansında önemli bir rol oynar. Bunun ötesinde, ısı geçişini azaltmak ve buna bağlı olarak işletme giderlerini en düşük düzeye indirmek istendiğinde çoğunlukla doğal taşınım zorlanmış taşınıma tercih edilir. Farklı sıcaklık sınır şartlarına sahip ve içerisine akış ve ısı transfer kontrol elemanı olarak farklı geometride elemanlar yerleştirilmiş kapalı hacimlerde doğal taşınımla ısı transferi ve akış problemlerine ısı transferinin yer aldığı tüm uygulamalarda karşılaşılmaktadır. Örneğin, ısıtma ve havalandırma, güneş enerjili ısıtma-soğutma sistemleri, elektronik soğutma aygıtları, radyoaktif atıkların depolanması, sıvı metaller ve davranışları gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda ısıl yönden sistemin optimum seviyede tasarlanması enerji verimliliği açısından son derece önemlidir. İçerisinde plaka bulunan kapalı hacimlerdeki doğal taşınım ısı transferi ile ilgili çalışmalara son yıllarda yaygın olarak rastlanmaktadır. Wu ve Ching [1], üst duvarına parça yerleştirilmiş hava dolu kare bir hacim içerisindeki laminar doğal taşınımı deneysel olarak incelemişlerdir. Laguerre vd. [2], katı engellerle dolu bir hacim içerisinde doğal taşınım ile oluşan ısı ve nem transferini sayısal ve deneysel olarak çalışmışlardır. Kapalı hacim içerisinde dairesel hava akışı gözlemlenmiş ve hacmin alt duvarında oluşan nemin, hava akış hızını arttırdığı görülmüştür. Yang vd.[3], duvar üzerine, eğimli düz plakalar halinde yerleştirilen kanatçıkların, karma taşınım ısı transferi üzerine olan etkilerini sayısal olarak sunmuşlardır. Aydın ve Yang [4], alt kısmı kısmi olarak ısıtılmış, yan yüzeyleri de simetrik olarak soğutulmuş kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınımı sayısal olarak analiz etmişlerdir. Isıtılmış yüzeyin farklı boyutları için akım ve sıcaklık profillerini vererek, Nusselt sayısının değişimini incelemişlerdir. Bajorek ve Lloyd [5], kapalı bir hacim içerisine yerleştirilen engellerin oluşturduğu doğal taşınımı deneysel olarak araştırmışlar ve elde edilen sonuçları engelsiz durum ile kıyaslamışlardır. Bairi vd. [6], hava ile dolu dikdörtgen kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınımı, hem deneysel hem de sayısal olarak vermişlerdir. Yüzeyin düşey duvarları sıcak ve soğuk iken, diğer duvarları adyabatiktir. Costa vd. [7], cidarları farklı olarak ısıtılmış, iki boyutlu kare kesitli kapalı bir hacmin köşelerine yerleştirilen üçgen elemanlar kullanılarak oluşan laminar doğal taşınımın kontrolünü yapmışlardır. Kullanılan elemanların boyutları ve yerleşim yerleri değiştirilerek sonuçlar verilmiştir. Vahl Davis ve Jones [8], kapalı bir hacim içerisindeki laminar doğal taşınımı inceleyerek, bu konuda yapılan birçok çalışma ile ayrıntılı olarak kıyaslamışlardır.varol vd. [9], içerisinde engel bulunan, alttan ısıtılmış kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınımı sayısal ve deneysel olarak analiz etmişlerdir. Sayısal ve deneysel çalışma sonucunda elde ettikleri verileri karşılaştırarak, grafikler halinde sunmuşlardır. Varol ve Özgen [10],tabandan ısıtılan kapalı bir hacim içerisine yerleştirilen açılı plakanın doğal taşınım ısı transferine etkisini sayısal olarak incelemiş ve Rayleigh sayısının etkilerini sunmuşlardır. Özgen ve Varol [11], düşey duvarına engel yerleştirilmiş kare oyuk içerisindeki doğal taşınımı sayısal olarak incelemişlerdir. Yapılan bu çalışmada, kare kesitli kapalı hacmin bir cidarına açılı olarak yerleştirilen sonlu kalınlıkta ve uzunlukta bir engel yardımıyla, sıcaklık farkı ve kaldırma kuvvetlerinden kaynaklanan, doğal taşınım ısı transferi sayısal ve deneysel olarak kontrol etmek amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Ölçüm zorluklarından dolayı, deneysel doğal taşınım çalışmalarının sayısı oldukça azdır. Bu çalışma, mevcut sayısal çalışmaların doğrulanmasına yönelik deneysel ısı transferi çalışmalarına da büyük bir katkı sağlayacaktır. 2. MATEMATİKSEL FORMÜLASYON: Bu çalışmada, düşey duvarında engel bulunan kare bir hacim içerisindeki doğal taşınım sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Kapalı hacmin alt yüzeyi sıcak, üst yüzeyi soğuk, yan yüzeyleri ise yalıtımlıdır. Sayısal çalışma için kullanılan geometri ve sınır şartları Şekil 1 de verilmiştir. 2693

183 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Şekil 1. Fiziksel model Akışı ve ısı transferini yöneten kısmi diferansiyel denklemler, sürekli rejimde ve iki boyutlu laminar akış için yazılmıştır. İki boyutlu kartezyen koordinatlar için kullanılan süreklilik, momentum ve enerji denklemleri aşağıdaki gibi verilebilir: = 0 + y v x u (1) x doğrultusundaki momentum denklemi: ( ) = + T T g y u x u x P y u v x u u β ν ρ (2) y doğrultusundaki momentum denklemi: + + = y v x v y P y v v x v u ν ρ (3) + = y T x T y T v x T u α (4) Sayısal çözümlemelerde boyutsuzlaştırma işlemi gerekli bir adımdır. Denklemlerin boyutsuzlaştırılması ile, hesaplamalar daha kolay yapılacak ve sonuçlar daha kullanışlı bir hale gelecektir. (1)-(4) denklemlerini boyutsuz formda yazabilmek için, aşağıda verilen boyutsuz ifadeler kullanılmıştır: L x X =, L y Y =, y u = ψ, x v = ψ, α ψ Ψ = c h c T T T T = θ, ( ) να β 3 L T T g Ra c h = (5) Bu durumda, (1-4) numaralı denklemlerin boyutsuz hali aşağıdaki gibi yazılabilir. X Ra Y X X Y Y X Ω Ψ Ω Ψ = Ω + Ω θ Pr (6) Y X Y X X Y + = Ψ Ψ θ θ θ θ (7) 2694

184 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Çözüm için gerekli olan sınır şartları; Yatay eksenler boyunca;,u=0,v=0 θ ( X, 0) = 1, Ψ( X, 0) = 0 θ ( X, 1) = 0, (, 1) = 0 Ψ X, U=0, V=0 Düşey eksenler boyunca; θ ( 0, Y ) = 0, Ψ( 0, Y ) = 0 X θ ( 1, Y ) = 0, Ψ( 1, Y ) = 0, U=0, V=0 şeklindedir. X Yerel ve ortalama Nu sayıları aşağıdaki gibi verilebilir: L θ Nu x =, Y Nu = Nu dx x Y =0 0 (8) 3. DENEY DÜZENEĞİNİN TASARIMI Kapalı hacimlerde ısı transferinin incelenmesi amacıyla kullanılan deney düzeneği, Fırat Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü laboratuvar şartlarında imal edilmiştir. Deneysel çalışma için imal edilen düzeneğin şematik görünüşü Şekil 2 de verilmiştir Şekil 2. Deney düzeneğinin şematik görüntüsü; 1.Su çıkışı, 2.Soğutucu kanal, 3.Kapalı hacim, 4.Bilgisayar, 5.Veri derleyici, 6.Sıcaklık kontrol cihazı, 7.Isıl çift, 8.Isıl çift, 9.Su girişi, 10.Kapalı hacmin yan görünüşü Deney düzeneğini oluşturan ana elemanların ve kullanılan cihazların fotoğrafları Şekil 3 de görülmektedir. Bu elemanların, cihazların özellikleri ve tasarımı aşağıda anlatılmıştır

185 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey

186 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Şekil 3. Deney Düzeneğini Oluşturan Ana Elemanlar; 1. Fleksiglas, 2. Köpük malzeme, 3. Kaufleks, 4. Kapalı hacmin görüntüsü, 5. Kapalı hacmin yalıtılmış görüntüsü, 6. Termokupul yerleştirilmiş ısıtıcı, 7. Isıtıcının alüminyum bant ile kaplanmış görüntüsü, 8. Kapalı hacmin iç yüzeyi, 9. Veri derleyici, 10.Sıcaklık kontrol cihazı, Farklı açılarda imal edilen plakalar Kullanılan kapalı hacim dikdörtgen prizması şeklindedir ve fleksiglas malzemeden imal edilmiştir. Fleksiglas (Şekil 3.1); döküm tekniği ile 2 mm den 40 mm kalınlığa kadar, çeşitli ebatlarda renksiz, şeffaf renkli olarak üretilen yüksek ışık geçirgenliğine sahip, normal cama göre darbelere 6 kat daha dayanıklı, cama göre ısıyı %20 daha az ileten, kolaylıkla işlenebilir, eğilip bükülebilir bir malzemedir. Isı iletim katsayısı W/m o C dir. Fleksiglas, şeffaf ve renkli bütün formlarında parlak bir görünüme sahiptir. Atmosfer şartlarında dayanıklılığı diğer bütün plastiklerden daha yüksektir. Bu sebeple çok değişik iklim şartlarında, dahili ve harici geniş uygulama alanlarında kullanılabilir. Kapalı hacmin iç ve dış yüzeyi yalıtılmıştır. İç yüzeyi yalıtmak için 5 mm kalınlığında köpük malzeme (Şekil 3.2), dış yüzeyi yalıtmak için de 10 mm kalınlığında kaufleks (k=0.036 W/m o C) adlı bir yalıtım malzemesi kullanılmıştır (Şekil 3.3). İmal edilen dikdörtgen kapalı hacim, 96 cm uzunluğunda, 16 cm yüksekliğinde ve 16 cm genişliğindedir. Kapalı hacmin görüntüsü Şekil 3.4 de verilmiştir. Kapalı hacmin dış yüzeyinin kaufleks ile yalıtılmış hali de Şekil 3.5 de görülmektedir. Kapalı hacmin yalıtım işlemi bittikten sonra yüzeyin alt kısmına cm boyutlarında ısıtıcı yerleştirilmiştir. Isıtıcının orta kısmına ise sıcaklık ölçümü için T tipi, 0.13 mm kalınlığına sahip 10 adet ısıl çift eşit aralıklarla yerleştirilmiştir. Bu ısıl çiftlerin uç kısımları açıkta kalacak şekilde, ısıtıcının üst yüzeyi de pürüzsüzlük sağlamak amacıyla alüminyum bant ile kaplanmıştır (Şekil 3.6 ve 7). İç yüzeyin pürüzsüzlüğünü sağlamak amacıyla kullanılan köpük malzemenin üst yüzeyi alüminyum bant ile kaplanmıştır (Şekil 3.8). 2697

187 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Isıtıcının yüzey sıcaklığını ölçmek için de 3 ısıl çift kullanılmış ve alüminyum bantın alt kısmına yerleştirilerek ısıtıcı yüzey ile teması sağlanmıştır. Kapalı hacmin üst yüzeyine 96 cm uzunluğunda, 1 cm yüksekliğinde ve 16 cm genişliğinde bir açık kanal yerleştirilerek bu kısımdan su geçirilmiş ve üst yüzeyin alt yüzeye göre soğuk olması sağlanmıştır. Bu açık kanalın üst yüzeyine 3 mm çapında, 6 cm uzunluğunda eşit aralıklı 3 delik delinerek, bu kısımlara da ısıl çiftler yerleştirilmiş ve soğuk yüzeyin sıcaklıkları ölçülmüştür (Şekil 3.5). Kullanılan tüm ısıl çiftler, veri derleyici adı verilen cihaza bağlanarak, ölçümler bir bilgisayar yardımıyla kaydedilmiştir. Veri derleyici (Şekil 3.9), belirli zaman aralıkları ile yapılan sıcaklık, nem, akım gibi değerlerin ölçümlerini kaydeden bir cihazdır. Bu cihaz, ortamın sıcaklığını ölçerek tarih, saat ve ölçüm değerini kaydeder ve bu kayıt işlemini belirlenen zaman aralıkları ile tekrarlar. KEITHLEY marka veri derleyici, yüksek voltaj (7751V) ve düşük akım kaynağına (0-50 ma) sahiptir. Sıcaklık ölçüm aralığı ise -200 ile 630 o C arasındadır. Bu çalışmada sıcak yüzey ile soğuk yüzey arasındaki sıcaklık farkı ( T ) 3, 5, 10 ve 15 alınarak ölçümler yapılmıştır. Ölçümler yapılırken sabit sıcaklık sınır şartı kullanılmış, bu da sıcaklık kontrol cihazı yardımıyla sağlanmıştır (Şekil 3.10). Sıcaklık kontrol cihazları, endüstriyel ortamlardaki sıcaklık, basınç, nem, debi gibi değişkenlerin ölçümü ve kontrolü için tasarlanan cihazlardır. Kapalı hacmin düşey duvarlarından birine tam ortada olacak şekilde 4cm genişliğinde, 96 cm uzunluğunda ve 0.5 cm yüksekliğinde düz bir plaka yerleştirilmiştir. Bu plaka fleksiglass kullanılarak imal edilmiştir. İmal edilen plakalar da yalıtılmış ve pürüzsüzlüğü sağlanmıştır. Kullanılan bu plaka farklı açılarda imal edilerek gerekli ölçümler yapılmış (Şekil ) ve sonuçlar sayısal çalışma ile kıyaslanmıştır. T = T h Tc sıcaklık farkına bağlı olarak havanın fiziksel özellikleri tablodan alınarak Rayleigh sayısı hesaplanmış ve gerekli ölçümler yapılarak sonuçlar kaydedilmiştir. Rayleigh sayısı, boyutsuz sıcaklık ve yerel Nusselt değerleri aşağıdaki ifadeler yardımıyla hesaplanmıştır. Ortalama Nusselt sayısı da yerel Nusselt sayısının ortalaması alınarak bulunmuştur. gβ Tx Ra ν T Tc = T T 1 θ x = 1/10 3 = Pr 2 (9) θ (10) h c Nu (11) 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA: Bu çalışmada, düşey duvarına sonlu kalınlıkta açılı bir plaka yerleştirilmiş kapalı bir hacim içerisindeki doğal taşınım ısı transferini incelemek amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmış ve gerekli ölçümler alınarak, sonuçlar hem sayısal hem de deneysel olarak incelenmiştir. Şekil 4 de kapalı hacmin düşey duvarına 90 o ile yerleştirilen engelin sıcaklık eğilimi ve yerel Nusselt değişimleri, Rayleigh sayısına bağlı olarak verilmiştir. Düşük Rayleigh sayılarında, iletimle ısı transferinin taşınımla ısı transferine göre daha baskın olduğu söylenebilir. İletimle ısı transferinin etkili olmasından dolayı akış hareketsizdir. Rayleigh sayısının artışı ile birlikte kapalı hacim içerisindeki simetrik davranış bozulmaktadır. Çünkü artan Rayleigh sayısı sisteme daha fazla enerji girişi anlamına gelmekte ve taşınımla ısı transferi giderek artmaktadır. Bu durumda akışın kapalı hacim içerisine daha fazla nüfuz ettiği ve akışın hareketlendiği görülmektedir. Rayleigh sayısının artması yerel Nusselt sayısının da artması anlamına gelmektedir. θ sayısal deneysel X Nux sayısal deneysel X 2698

188 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey a) sayısal deneysel θ 0.6 Nux sayısal deneysel θ X sayısal deneysel b) Nux X sayısal deneysel X c) X θ sayısal deneysel X d) Nux sayısal deneysel X Şekil 4. Düşey duvarında engel bulunan kapalı hacimde, sıcaklık eğilimi (solda) ve Yerel Nusselt sayısının (sağda) sıcak yüzey boyunca değişimi; (φ =90 o, h=0.5, t=0.033, w=0.25), a) Ra=0,8.10 6, b) Ra=1, , c) Ra=2,7.10 6, d) Ra=

189 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Kapalı hacmin düşey duvarına yerleştirilen engel, farklı açılarda imal edilerek ölçümler alınmış ve deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar sayısal çalışmadan elde edilen sonuçlarla kıyaslanmıştır. Sonuçlar, boyutsuz sıcaklık θ ya bağlı olarak hesaplanmış, sıcaklık eğilimleri, yerel Nusselt eğilimleri sayısal çalışma ile kıyaslanarak grafikler halinde verilmiştir. Plaka açısı ve Rayleigh sayısının ısı transferini etkileyen parametreler olduğu görülmüştür. KAYNAKLAR: [1] Wu, W. and Ching, C.Y., Laminar natural convection in an air-filled square cavity with partitions on the top wall, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, , [2] Laguerre, O., Benamara, S., Remy, D. and Flick, D., Experimental and numerical study of heat and moisture transfer by natural convection in a cavity filled with solid obstacles, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, , [3]Yang, M.H., Yeh, R.H. and Hwang, J.J., Mixed convective cooling of a fin in a channel, International Journal of Heat and Mass 53, , Transfer, [4] Aydın, O. and Yang, W., Natural convection in enclosures with localized heating from below and symmetrical cooling from sides, International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow, 10, , [5] Bajorek, S.M. and Lloyd, J.R., Experimental investigation of natural convection in partitioned enclosures, Journal of Heat Transfer, 104, , [6] Bairi, A., Laraqi, N. and Garcia de Maria, J.M., Numerical and experimental study of natural convection in tilted parallelepipedic cavities for large Rayleigh numbers, Experimental Thermal and Fluid Science, 31, , [7] Costa, V.A.F., Oliveria, M.S.A. and Sousa, A.C.M., Control of laminar natural convection in differentially heated square enclosures using solid inserts at the corners, Int. J.of Heat and Mass Transfer 46, , [8] Vahl Davis, G.D. and Jones, I.P., Natural convection in a square cavity: A comparison exercise, International Journal for Numerical Methods in Fluids 3, , [9] Varol, Y., Öztop, H.F., Özgen, F. and Koca, A., Experimental and numerical study on laminar natural convection in a cavity heated from bottom due to an inclined fin, Heat Mass Transfer 48, 61-70, [10] Varol, Y. ve Özgen, F., Tabandan ısıtılan kapalı bir hacim içerisine yerleştirilen açılı plakanın doğal taşınım ısı transferine etkisi, 6 th International Advanced Technologies Symposium, Elazığ Turkey, , [11] Özgen, F. ve Varol, Y., Düşey duvarına engel yerleştirilmiş kare oyuk içerisindeki doğal taşınımın sayısal olarak incelenmesi, Termodinamik 227, 58-70,

190 A Study of Occupational Safety Risk Assessment on Natural Gas Combined Cycle Power Plant B. Oral 1,*, Ç.Kılıç 2, 1 Department of Electrical-Electronics Engineering, Marmara University, Istanbul, Turkey 2 Department of Occupational Safety, Marmara University, Istanbul, Turkey Abstract The rapid increase of electricity consumption with technological developments and industrialization in today's modern world and the importance of electricity generation, transmission and distribution processes are increased. In these sectors, which are very dangerous sectors due to the increasing demand, it has made business health and safety more important. Risk assessment is an essential and systematic process for assessing the impact, occurrence and the consequences of human activities on systems with hazardous characteristics and constitutes a needful tool for the safety policy of a firm. In this study, the risk assessment of a natural gas combined cycle power plant (CCPP) has been analysed. In this context, the hazards that may be present or out of the power plant are determined. Keywords: Risk assessment, Occupational safety, Power plants, Power generation, CCPP. 1. GİRİŞ Sanayileşmeyle artan enerji ihtiyacı neticesinde elektrik üretim, iletim ve dağıtım tesislerinin de kapasiteleri arttırılmaktadır. Artan bu kapasite ile doğru orantılı olarak özellikle iş yerlerinde çalışan kişilerin güvenliği ile ilgili bazı sorunlar da açığa çıkmaktadır. Son yıllarda yaşanan iş kazaları ve beraberinde getirdiği sakat kalma ya da ölüm gibi sonuçların nedenleri çoğunlukla çalışanların eğitimsiz olması, dikkatli çalışmaması ile işverenlerin iş sağlığı ve güvenliği önlemlerini almamasından kaynaklanmaktadır sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunun 4. maddesi 1. Fıkrası a bendine göre: İşveren, çalışanların işle ilgili sağlık ve güvenliğini sağlamakla yükümlü olup bu çerçevede; mesleki risklerin önlenmesi, eğitim ve bilgi verilmesi dâhil her türlü tedbirin alınması, organizasyonun yapılması, gerekli araç ve gereçlerin sağlanması, sağlık ve güvenlik tedbirlerinin değişen şartlara uygun hale getirilmesi ve mevcut durumun iyileştirilmesi için çalışmalar yapar. hükmü ile bu konudaki öncellikli ve temel görevi işveren ve vekillerine verilmiştir [1]. Çalışanların tehlike ve risklerden korunması amacıyla 6331 Sayılı Kanun la işverene yüklenen görevlerin en önemlilerinden birisi risk değerlendirmesi yapmak veya yaptırmaktır. Risk değerlendirmesini yapmamak çalışanların iş kazaları ve meslek hastalıklarına uğrama riskini artıracaktır. Risk değerlendirmesinin yapılmaması hukuki açıdan, işyerinde işin durdurulması ve işyerinin kapatılması ile sonuçlanabilir. Risk değerlenmesinde öncelik olarak çalışanların korunması amaçlanır. Makinenin ya da sistemin korunması bir amaç değildir sayılı iş sağlığı ve güvenliği kanunu ve takibinde çıkartılan Sayılı İşyerlerinde Risk Değerlendirmesi Yönetmeliğinde tehlike, risk ve risk değerlendirme tanımlanmıştır. * Corresponding author. Tel.: /1266: fax: address: (B. Oral). 2701

191 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Tehlike, işyerinde var olan ya da dışarıdan gelebilecek, çalışanı veya işyerini etkileyebilecek zarar veya hasar verme potansiyelidir. Risk, tehlikeden kaynaklanacak kayıp, yaralanma ya da başka zararlı sonuç meydana gelme ihtimalidir. Risk değerlendirmesi ise, işyerinde var olan ya da dışarıdan gelebilecek tehlikelerin belirlenmesi, bu tehlikelerin riske dönüşmesine yol açan faktörler ile tehlikelerden kaynaklanan risklerin analiz edilerek derecelendirilmesi ve kontrol tedbirlerinin kararlaştırılması amacıyla yapılması gerekli çalışmaları ifade etmektedir [2]. Enerji santralleri, enerji üretmek için kullandıkları yakıta göre çeşitli isimlerle anılırlar. Fosil yakıt tüketen santraller kendi içinde; katı yakıt tüketen, sıvı-gaz yakıt tüketen termik santraller ve nükleer enerji santralleri olarak ayrılmaktadır. Yenilenebilir enerji tüketen santraller ise; jeotermal, rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi ve hidroelektrik santralleri olarak sınıflandırılmaktadır. Doğal gaz ile çalışan kombine çevrim santralleri bu sınıflandırma içerisinde fosil yakıt tüketerek elektrik üreten santraller kategorisinde yer almaktadır. Gaz tribün çevrimi ve buhar çevriminin birlikte bir sistem oluşturması ile gaz tribününden çıkan yüksek ısıya sahip gazın buhar tribünlerine girerek enerji üretilmesi kombine çevrim sisteminin işleyişini oluşturmaktadır. Kombine çevrim santrallerinde genel olarak gaz santrallerinin tek başına ürettiği enerjinin dışında, atık ısı gazlarından elde edilen buhar ile üretilen elektrik sayesinde verim arttırılmaktadır [3]. Türkiye de kaynak mevcudiyeti olmamasına rağmen doğalgazın elektrik üretiminde en çok kullanılan kaynak içindedir. Bunun nedenleri; Doğalgaz kombine çevrim santrallarının yüksek kapasiteye sahip olması, Diğer fosil yakıt santrallarına göre kurulum süresi ve kurulum maliyetlerinin düşük olması, Yenilenebilir enerji santrallarına göre kapasitelerinin ve kurulum maliyetlerinin düşük olması, Diğer fosil yakıtlara (kömür, petrol ve petrol türevi) göre doğalgazın temininin kolay olması Çevresel etkilerinin düşük olması, Özellikle kömürlü santrallara göre işletmeye alma süresinin kısa olması, Verimlerinin yüksek olması ile işletme ve bakım kolaylığı ile ekonomik ömürlerinin uzun olması sayılabilir. İş kazalarının bir daha olmaması için gerçek nedenlerinin bilinmesi gerekir. Tüm bunların ışığında doğru ve yeterli risk analiz yaparak bu kazaların minimuma indirebilmek mümkün olabilir. Bu çalışmada doğalgaz birleşik çevrim elektrik santralinde var olan ya da santral dışından gelebilecek tehlikelerin belirlenmesi, bu tehlikelerin riske dönüşmesine yol açan faktörlerin ve tehlikelerden kaynaklanan risklerin ortadan kaldırılması, tamamıyla ortadan kaldırılamayacak risklerin kabul edilebilir seviyeye indirilmesi için 5X5 matris yöntemi kullanılarak risk değerlendirmesi yapılmıştır. 2. DOĞAL GAZ KOMBİNE ÇEVRİM SANTRALİ Kombine çevrimli elektrik üretiminde geleneksel tek çevrim elektrik santrallerinden daha verimlidir. Gaz türbini kullanımında en verimli kömür santrallerindeki %37 verim ile karşılaştırıldığında %55'e yaklaşan termik verim elde edebilmektedir. Bu da üretilen her bir kwh için yakıt tüketiminde %45'lik azalma sağlamaktadır. Bu tesislerinin basit çevrimdeki sistemlerden daha yüksek verimle çalışmasının başlıca nedeni egzoz gazlarından faydalanarak ikinci bir enerji üretmektir. Basit bir çevrimde, sadece elektrik üreten gaz türbini ya da motor, enerjinin % ını elektriğe çevirirken; kojenerasyon sisteminde dışarıya atılacak ısının büyük kısmı kullanılabilir enerjiye dönüşmektedir. Gaz türbini, havayı sıkıştırıp, gaz veya sıvı yakıtı yakarak elektrik generatörünü döndüren sistemdir. Gaz türbininden çıkan egzoz gazları, sıcaklığı çok fazla olduğundan, atık ısı kazanında değerlendirilip yüksek verimde ısı enerjisi elde etmede kullanılmaktadır. Kabul edilen ısıl güç çevrim santral ünitesinin şeması Şek.1 de gösterilmiştir. Seçilen modelde, kompresör, yanma odası, gaz türbini, ısı geri kazanım buhar generatörü, buhar türbini, pompa ve yoğuşturucu kullanılmıştır [4]. Doğalgaz kombine çevrim santrallarında üretim blokları birbirinden bağımsız çalışır. Ancak, bloklar bazı tesisleri ortak kullanır. Bu santrallarda elektrik üretimi iki farklı aşamada gerçekleştirilir. 2702

192 A Study of Occupational Safety Risk Assessment on Natural Gas CCPP, B.Oral, Ç.Kılıç Şek. 1. Kombine çevrimin şematik gösterimi Hava ile karıştırılan doğalgaz, gaz türbinlerinde yakılarak gaz türbiniyle aynı şaft üzerinde bulunan bir generatörü çevirir ve birinci aşama elektrik üretilir. Aynı anda, bu yanmadan oluşan sıcak gazlar atık ısı kazanına gönderilir ve bu ısı ile buhar üretilir. Gerekli basınç ve sıcaklığa ulaşan buhar ise, buhar türbinine gönderilir ve türbini döndürerek buhar türbini ile aynı şaft üzerinde bulunan generatör vasıtası ile ikinci aşama elektrik üretilir. Buhar türbininden çıkan buhar, soğutma kulelerinden gelen soğutma suyu ile kondenserlerde yoğuşturularak suya dönüştürülür. Kondenserlerin alt bölümünde biriken yoğuşma suyu tekrar ısıtılmak üzere atık ısı kazanlarına gönderilir. Kazanlarda üretilen buhar, buhar türbinine gönderilerek çevrim tamamlanır. Verimliliği maksimum düzeyde tutabilmek için, kazanlarda buhar üç farklı basınç düzeyinde (yüksek, orta, alçak basınç) üretilir. Böylece kazanlardaki sıcak gazlardan mümkün olduğunca yararlanılmış olur. Doğalgaz kombine çevrim santrallarında bahsedilen sistemlerden en önemlisi türbinlerdir. Bunun temel nedeni açıklamalardan da anlaşılacağı üzere, elektriğin gaz yada buhar türbinlerinde üretilmesidir. Türbinlerin devre dışı olması ilgili bloğu yada üniteyi (her bir gaz türbini bir ünite olarak adlandırılmaktadır) devre dışı bırakır ve sistem durur. Oysaki bazı doğalgaz kombine çevrim santrallarında by-pass hatları mevcuttur ve buhar türbini yada atık ısı kazanlarında oluşan bir arızada gaz türbinlerinden çıkan sıcak gaz, by-pass bacası vasıtasıyla direkt olarak atmosfere atılabilir ve sadece gaz türbinlerinde elektrik üretimine devam edilebilir (single çalışma). Ayrıca bu sistemler, yapısal olarak santraldaki diğer sistemlere nazaran daha karmaşıktır [5]. Bu çalışmada ele alınan santral, 154 kv bir şalt sahası üzerinden enerji hatlarına aktarım yapmaktadır. Santralde işletme modlarında ve üretim düzeylerinde esneklik sağlamak üzere çoklu bir gaz türbini ve ısı geri kazanım buhar generatörü kullanılır. Bir buhar üretme sistemi üzerinden bölge ısıtma sistemine ısı temin etmek için bir buhar türbini kullanılır. Bu sistem elektrik enerjisi ve daha sonra da ısı enerjisi üretmek amacıyla buhardan yararlanarak santral etkinliğini sağlar. Buhar türbini normalde sürgülü basınç modunda işler. Yani giriş kontrol vanaları, tamamen açılır ve aktif buharın türbine akması için ana buhar sistemi orantılı olarak kayar. Ham suyun yüksek maliyetinden dolayı santral dahilinde su tüketimini mümkün olan en düşük düzeyde tutmak için çeşitli tedbirler alınır. Gaz türbinleri Kuru Düşük NOx brülörleri ile donatılmıştır. Bunlar doğalgaz yaktıkları zaman su ve buhar enjeksiyonu gerektirmezler. Buhar yoğunlaşma sistemi, tamamen hava soğutmalı olup su gerektirmez dahili soğutma suyu sisteminde minimum düzeyde düzenleme gerektiren kapalı devre hava soğutmalı bir sistemdir. Bölge ısıtma amaçlı sıcak su enerji yükü ortam sıcaklığına bağlı olarak önemli ölçüde değişmektedir. Isıtma suyu akış miktarı çok fazladır ve önemli miktarda enerji tüketmektedir. Bu ısıtma yükünü çok çeşitli ısı talepleri için etkin biçimde temin etmek amacıyla üç adet %50 kapasiteli pompa kullanılarak santralin bu bölümünün etkin ve optimum düzeyde işletilmesi sağlanır. Bölge ısıtma suyu debisi önemli ve bir çeşit enerji tüketimidir. Bölge Isıtma Suyu sistemi su sıcaklığı 110 Azami 130 C olarak tanımlanmaktadır. Kontrol odası operatörü ısı talep yüküne ve işletme hususlarına dayalı olarak bu dereceyi ayarlayabilir [6]. Santral aşağıda ifade edilen kısımlardan oluşmaktadır: Kontrol odası, Basınç düşürme ve ölçüm istasyonu (RMS istasyonu), Gaz ısıtma sistemi Kompresör sistemi Gaz türbini Yardımcı kazan Atık su kazanı Buhar türbini Kondenser ve kapalı su soğutma sistemi Şalt sahaları Demineralizasyon sistemi 2703

193 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 3. İŞLETMEDEKİ RİSK DEĞERLENDİRME ÇALIŞMALARI 3.1. Risk Değerlendirme Yöntemi Risk değerlendirmesinde uygulanacak adımları sırayla ele alınacak olunursa, ilk olarak işyerindeki mevcut tehlike kaynaklarının varlığı belirlenmesi gerekir. Tablo I de bir işletmede genel olarak ifade edilebilecek olası tehlike kaynakları listelenmiş olup, bu tehlikelerden işyerindeki inceleme sonucu varlığı tespit edilenler aşağıda listelenmiştir. Bu listede, genel tehlike baslıklarından işletmede dikkate alınması gerekenler (+) ile işaretlenmiştir. Etkisi bulunmayan veya değerlendirme sırasında varlığı tespit edilemeyenler ise (-) ile belirtilmiştir. Yapılacak her yeni değerlendirme sırasında bu tehlike kaynakları listesi tekrar gözden geçirilmelidir [6]. Tablo I. İşyerindeki Mevcut Tehlike Kaynakları. 1 Kayma, takılma ve benzeri + 16 Basınçlı kaplar + nedenlerle zarar görme 2 Yüksekten düşme + 17 Kapalı yerlerde çalışma + 3 Cisimlerin düşmesi + 18 Ekranlı araçlarla çalışma + 4 Gürültü ve titreşim + 19 Temel konfor koşulları + 5 Uygun olmayan duruş ve çalışma + 20 Kimyasal faktörler + şekilleri 6 Radyasyon ve morötesi ısınlar + 21 Biyolojik ajanlar - 7 Seyyar el aletlerinin kullanımı + 22 Rutin çalışma - 8 Sabit makina ve tezgâhların + 23 İşyeri yerleşim planı + kullanımı 9 Seyyar erişim donanımları + 24 İş stresi + 10 Mekanik kaldırma araçları + 25 Su üzerinde veya yakınında çalışma - 11 Ürünler, emisyonlar ve atıklar + 26 Yalnız çalışma + 12 Yangın, parlama ve patlama + 27 Motorlu araçların kullanımı, taşımacılık + ve yollar 13 Elle taşıma isleri + 28 İstenmeyen insan davranışları + 14 Elektrikli aletler + 29 Şiddet, hakaret veya tacize maruz kalma + 15 Aydınlatma + 30 Eğitim eksikliği + Daha sonra riskin oluşmasında etken olan vektörsel bileşenlerden olasılık Tablo II de ve riskin gerçekleşmesindeki şiddet Tablo III de varlığının işletme açısından olası ölçülebilir değerler veren derecelendirilmesi tanımlanmıştır [6]. Tablo II. Belirli bir tehlikenin meydana gelme olasılığı Risk Olasılığı Çok Düşük Olasılık Gerçekleşmesi ancak birbirine bağlı sıra dışı olayların yaratacağı durumları belirtir. Düşük Olasılık Seyrek de olsa gerçekleşmesi olasılık koşullarında bulunan bir durumlardır. Olası Durum Normal koşullarda gerçekleşme olasılığı bulunan durumlardır. Kuvvetli Olasılık Gerçekleşme olasılığı çok fazla olan durumları belirtir. Kesin Gerçekleşmesi kaçınılmaz ve beklenen durumlar için kullanılır. Ağırlık Değeri

194 A Study of Occupational Safety Risk Assessment on Natural Gas CCPP, B.Oral, Ç.Kılıç Tablo III. Olayın sonuçlarının ortaya çıkardığı zarar, hasar ve yaralanmanın şiddeti ŞİDDET DERECESİ TANIM Önemsiz İş günü kaybına yol açmayan, yaralanma veya can kaybına neden olmayacak, olumsuz çevre etkisi yaratmayacak olaylar. Donanımların işlevini bozmayacak hasarlar. Düşük İş günü kaybına neden olmayan, basit ilkyardımla tedavi edilebilen, basit müdahale ile çevre etkisi giderilebilen olaylar. Basit onarımlarla giderile bilinen, işlevin yerine getirilmesini doğrudan etkilemeyen donanım hasarları. Orta Etkilenen kişilerde bir is gününden daha az zaman kaybına neden olan, birden fazla kişiyi etkileyen, yaralanmalara neden olan ve basit ilkyardımla tedavi edilebilen, olumsuz çevre etkisi gidermek için ek insan gücü ve para gerektiren olaylar. Donanımların işlevlerini etkileyen, onarımı için etkilenen bölümün geçici olarak devre dışı bırakılmasını gerektiren ek para ve insan gücü gerektiren donanım hasarları. Yüksek Yasal yaptırımlara aykırı durumlar. Etkilenen kişilerde en az bir iş günü kaybına neden olan, birden fazla kişiyi etkileyen, yaralanmalara neden olan ve kuruluş dışında tedavi gerektiren olaylar. Olumsuz çevre etkisinin giderilmesi için işin durdurulmasını gerektiren, bu konuda belirlenmiş yasal limit değerlerin üzerinde etki yaratan, giderilmesi için bir günden fazla, ek insan gücüne ve paraya ihtiyaç gerektiren olaylar. Donanımların büyük oranda yenilenmesini gerektiren ve işin bu süreç içerisinde durdurulmasına neden olabilecek hasarlar. Çok Yüksek Yasal mevzuattaki iş kazası ve meslek hastalıkları tanımına giren, etkilenen kişilerin can ve organ kaybına uğramasına neden olan veya sağlık kuruluşlarında üç günden fazla yatarak tedavi görmesini gerektiren yaralanmalara ait olaylar. Olumsuz çevre boyutu kontrol edilmediğinde etki alanında kalıcı sağlık ve çevre kirliliği yaratabilecek durumlar. Donanımların tamamen yenisi ile değiştirilmesine neden olabilecek hasarlar. 5 x 5 Matris diyagramı (L Tipi Matris) özellikle sebep-sonuç ilişkilerinin değerlendirilmesinde kullanılır. Bu metot basit olması dolayısıyla tek başına risk analizi yapmak zorunda olan analistler için idealdir, ancak değişik prosesler içeren veya birbirinden çok farklı akım şemasına sahip işlerin hepsi için tek başına yeterli değildir ve analistin birikimine göre metodun başarı oranı değişir. Bu tür işletmelerde özellikle acil durum gerektiren ve biran evvel önlem alınması gerekli olan tehlikelerin tespitinin yapılabilmesi için kullanılmalıdır. Bu metot ile öncelikle bir olayın gerçekleşme ihtimali ile gerçekleşmesi takdirinde sonucunun derecelendirilmesi ve ölçümü yapılır. Risk skoru olasılık ve şiddet derecesinin çarpımından elde edilerek tablodaki yerine yazılır [7]. Risk= Olasılık x Şiddet (1) Risk Değerlendirme kıstasları ve büyüklükleri tanılandıktan sonra matris çarpımlarından ortaya çıkarılan tablo uyarınca Tablo IV de risk değerleri elde edilmiş ve bu değerlere ilişkin oluşturulacak eylem planlarına yön verecek kaynak sağlanmıştır. Risk değerlendirmesi yapılırken tehlikenin ait olduğu birim veya bölümler ile riske maruz alanlar ayrıca belirtilmiştir. 2705

195 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Tablo IV. Risk Değerleri Büyüklük Kıstas Tanım 1-2 Çok düşük 3-4 Kabul edilir 5-9 Belirgin Önemli Kabul edilemez Herhangi bir eylem gerektirmeyen durumu ifade eder. Var olan durumu etkileyen değişikliklerde tekrar gözden geçirilmelidir. Ek bir önleyici eylem gerektirmese de konuyla ilgili sürekli izleme yapılması önerilir. Var olan durumu etkileyen değişikliklerde mutlaka tekrar gözden geçirilmelidir. Konuya ilişkin iyileştirme yapılması önerilir. Zamana yayılı önleyici eylem programı gerektirir. Her zaman izlenmeli ve var olan durumu etkileyen değişikliklerde mutlaka yeniden değerlendirilmelidir. Mutlaka, kısa bir zaman dilimde gerçekleştirilecek önleyici bir eylem programına alınması gerekir. Programlanan faaliyetler izlenerek sonuçlarının etkinliği sağlanmalı, gerekirse yeni düzenlemelere gidilmelidir. Risk değerini azaltıcı acil eylemler programa alınana kadar, ek önlemler alınmadan faaliyetin sürdürülmesine kesin olarak izin verilmemesi gerekir. Alınan önlemlerin etkinliği izlenmelidir. Risk değerlendirmesinde Tablo V deki Risk değerlendirmesi ve Eylem Formu kullanır. Risklerin ortadan kaldırılması veya azaltılması amacıyla her bir konuya ait bir eylem planı oluşturulması izlenmesi güvence altına alınır. Risk değerlendirmesi yaşayan bir dokümandır; işletme süreçlerinde, kullanılan donanımlarda, malzeme ve ürünlerde yapılan her değişiklik ve düzenlemelerde, önemli kazalardan sonra ve bunların dışında periyodik olarak da gözden geçirilmesi gerekir. Bu anlamda, konuya sistem odaklı bir yaklaşım gösterilmesi hedeflenerek işletmenin mevcut risk değerlendirme ve acil durum prosedürleri tekrar gözden geçirilerek revize edilmiştir. Risk değerlendirmesi, belirli bir durum veya aktivitenin etraflıca incelenmesinde çok önemli bir araçtır. Risk Değerlendirme Matrisi kullanılarak, riskin düşük, orta veya yüksek risk olup olmadığı saptanabilir. Düşük riskler için aksiyona gerek yoktur veya öncelikli değildir. Orta derece riskler, riski ortadan kaldıracak olan çalışma yapılana kadar izlenmeli ve sıkı kontrol yöntemleri uygulanmalıdır. Yüksek riskler söz konusu olduğunda, çalışma durdurulmalı ve riski ortadan kaldıracak / azaltacak / kontrol altına alacak çalışma, derhal, uygulanmalıdır. Risk değerlendirmesinin ardından risk değerlendirme raporu yönetime sunulur. Yönetim onayı ile gerekli işlemler yerine getirilir [6]. Tablo V. Örnek risk değerlendirmesi ve eylem formu No Konu Risk Değerlendirmesi Sıklık Olasılık Şiddet Mevcut Risk Değeri Uygulanacak Kontrol Yöntem Olasılık Şiddet Kalan Risk Değeri İşletmede iki çeşit risk analiz yapılabilir. Bölgesel Risk Analiz Periyodik Risk Analiz 2706

196 A Study of Occupational Safety Risk Assessment on Natural Gas CCPP, B.Oral, Ç.Kılıç 3.2. Bölgesel Risk Analiz Bölgesel risk analizi yapılırken çalışan personeli işin içine dâhil etmek amaçlanır; çünkü oluşabilecek riskleri en iyi çalışan bilir. Formenlere Tablo VI da görülen formlar dağıtarak oluşabilecek tehlike kaynaklarının varlığının belirlenmesi istenmiştir. Bu listede, bölgesel tehlike başlıklarından işletmede dikkate alınması gerekenler E ile işaretlenir. Etkisi bulunmayan veya değerlendirme sırasında varlığı tespit edilemeyenler ise H ile işaretlenmesi istenmiştir. Daha sonra iş güvenliği uzmanı tarafından yapılacak değerlendirme sırasında bu formlardaki tehlike kaynakları tekrar gözden geçirilerek risk değerlendirilmesi yapılır. Formda eksik tehlike bulunması halinde çalışan formun altına not düşer. İşletme de çalışanların tecrübesinden faydalanır. Alt işverene bu formlar verilmez [6]. İşletmede birden daha fazla alt işveren bulunmaktadır. Her alt işveren yürüttüğü işlerle ilgili risk değerlendirme çalışmalarını yapar veya yaptırır. Alt işverenlerin risk değerlendirme çalışmaları konusunda asıl işverenin sorumluluk alanı ile ilgili ihtiyaç duydukları bilgi ve belgeler asıl işverence sağlanır. Asıl işveren, alt işverenlerce yürütülen risk değerlendirmesi çalışmalarını denetler ve bu konudaki çalışmaları koordine eder. Alt işverenler hazırladıkları risk değerlendirmesinin bir nüshasını asıl işverene verir. Asıl işveren; bu risk değerlendirmesi çalışmalarını kendi çalışmasıyla birleştirerek, risk kontrol tedbirlerinin uygulanıp uygulanmadığını izler, denetler ve uygunsuzlukların giderilmesini sağlar. Bütün taşeronlara (alt işverenlere) santralde çalışmaya başlamadan önce, özel saha güvenlik eğitimi verilmektedir [2]. Bölgesel risk değerlendirmesi yapıldıktan sonra çalışanlara tebliğ edilmelidir Periyodik Risk Analiz Periyodik bakım yapılan işlerde periyodik risk analiz yapılır. Makineden beklenen maksimum üretim performansının elde edilebilmesi için kullanım kılavuzlarında belirtilen direktifler doğrultusunda belirli aralıklarla bakımlarının mutlaka yapılması gerekir. İşte bu belirli aralıklarla yapılan bakım işlemine periyodik bakım denir. Periyodik risk analiz bir kere yapılır fakat ekipman da herhangi bir değişiklik yapılırsa risk analizi yenilenir[6]. Periyodik bakım; Günlük Bakım Haftalık Bakım Aylık Bakım Altı Aylık Bakım Yıllık Bakım, olarak planlanır ve yapılır. 4. SONUÇ Bu çalışmada, örnek bir işletme üzerinden risk değerlendirmesi işleminin nasıl yürütüldüğü ve bulgularının nasıl raporlandığı açıklamaktadır. EÜAŞ verilerinden faydalanarak Türkiye deki elektrik üretim tesislerinde meydan gelen iş kazalarının incelemesi sonucunda; termik santrallerde yaşanan iş kazalarının en yüksek nedeni kişisel hatalar (dikkatsizlik, tedbirsizlik vb.) olarak görülmektedir. Bu tür işletmeler, risk değerlendirmesi açısından çok tehlikeli sınıfta yer aldığı için iki yılda bir yenilenmesi gerekir. Risk değerlendirmesi yapıldıktan sonra çalışanlara tebliğ edilmeli ve konu ile ilgili eğitim verilmelidir. Risk değerlendirmesine işletmedeki tüm çalışanlar ile yönetim kadrosu bu çalışmaya dâhil edilmelidir. Risk analizi yapılırken ilk olarak ortam incelenir, ortamdaki tehlike kaynakları belirlenir. Daha sonra kaç personel çalıştığına, çalışanların eğitim durumuna, çalışılacak ortamdaki ekipmanlara bakılır. Çalışacak personelin mesleki yeterlilik belgesine sahip olması gerekir. İşletmede mesleki yeterlilik belgesi olmayan personel çalıştırılmaz. Alt işveren çalıştığı yerlerde ilk olarak çalıştırılacak personelin sosyal güvenlik girişi ve eğitim durumuna, mesleki yeterlilik belgesine, ağır ve tehlikeli işlerde çalışabilirlik belgesine ve sağlık muayenesi belgesine bakılır bu belgelere sahip değilse işletmede çalışamaz. Daha sonra personele sahaya giriş eğitimi verilir. Her alt işveren yürüttükleri işlerle ilgili olarak risk değerlendirmesi çalışmalarını yapar. 2707

197 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Bu çalışmada risk değerlendirilmesinde 5 x 5 Matris diyagramı (L Tipi Matris) özellikle sebep-sonuç ilişkilerinin değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Bu metot ile öncelikle bir olayın gerçekleşme ihtimali ile gerçekleşmesi takdirinde sonucunun derecelendirilmesi ve ölçümü yapılır. Temel amaç işyerlerindeki çalışma koşullarından kaynaklanan her türlü tehlike ve sağlık riskini azaltmak, insan sağlığını etkilemeyecek seviyeye düşürmektir. İşletme iş güvenliğine son derece önem vermektedir. TEŞEKKÜR Bu çalışmanın yayın masrafları Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Dekanlığı tarafından desteklenmiştir. KAYNAKÇA [1] 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu, Resmi Gazete 28339, 30 Haziran [2] İş Sağlığı ve Güvenliği Risk Değerlendirmesi Yönetmeliği, Resmi Gazete 28512, 29 Aralık [3] Dengiz, A.Ö., Doğal Gaz Kombine Çevrim Santralı Portföyü İşletme Optimizasyonu, Başkent Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, [4] Rahim, M.A., Gündüz, D., Gaz Türbinli Bir Isıl-Güç (Kojenerasyon) Çevrim Santralinin Enerji Ve Ekserji Analizi: Ankara Şartlarında Uygulama, TÜBAV Bilim Dergisi 6 (2); 19-27, [5] Özcan, E.C., Eren, T., Bakım Planlamasında TOPSIS Yöntemi Uygulaması: Doğalgaz Kombine Çevrim Santralı Örneği; Kırıkkale Üniversitesi Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 6 (2), [6] Kılıç, Ç., Elektrik Santrallerinde Risk Değerlendirmesi ve Bir Örnek Uygulama, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İş Güvenliği Anabilim Dalı, Dönem Projesi, [7] Özkılıç, Ö., İş Sağlığı ve Güvenliği, Yönetim Sistemleri ve Risk Değerlendirme Metodolojileri, Erişim Tarihi:

198 The Integrated PV Power Plants on the Roof of Stadiums: Sustainability and Energy Economy B. Oral 1,*, E. A. Tuncar 1 1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye Abstract This study presents a methodology for the assessment of photovoltaic potential in urban areas. Solar energy is a suitable and available power source that could produce efficient output to the stadium without emission, but need the large scale of solar panel to ensure enough energy been collected to power the stadium. So, this paper emphasizes the use of large scale photovoltaic installation as a clean energy source that may help support in the total energy demand in Stadiums. In recent years, modern stadiums have been set up in all kinds of standards for the development of national sporting activities in Turkey. Taking into account the Electricity Market Law, which refers to an upper limit value of 1 MW, integrated stadiums based on unlicensed power generation systems are important for urban areas in terms of energy economy and sustainability. Keywords: PV power plants, Stadium, Unlicensed power generation, Sustainable economy. 1. GİRİŞ Dünyada enerji tüketimi düzenli olarak artmakta ve ihtiyaç duyulan enerji çoğunlukla fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Fosil yakıt rezervlerinin sınırlı olması ve en önemlisi çevreye verdikleri zararlar dikkate alındığında, enerji üretimi için alternatif yöntemlerin arayışı zorunlu olmuştur. Bu noktada doğal süreçte var olmaları, sürdürülebilir olmaları ve hammadde ihtiyacı olmaması çevre dostu yenilenebilir enerjinin önemini arttırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla kurulan güç sistemleri, alan olarak geniş yer kapladıkları için genellikle şehir merkezlerinden uzak bölgelere kurulmaktadırlar. Enerji talebinin yerleşim yerinde üretim tesisinin ise uzakta olması bir dezavantajdır. Üretim ve tüketim alanlarının bir arada olması hem maliyet hem de ulaşılabilirlik açısından önemlidir. Stadyumların yerleşim alanlarına yakınlığı, açık alan olması ve şehir merkezinde büyük bir alan kaplıyor oluşu bu alanlarda kurulabilecek bir sistemi oldukça önemli kılmaktadır. Şehir merkezinde olduğu halde enerji üretiminde herhangi bir rolü olmayan bu alanlara aslında atık alan demek doğru bir ifade olacaktır. Stadyum çatılarına kurulabilecek bir sistem, müsabaka zamanları haricinde kullanılmıyor olması nedeniyle elektrik enerjisine ihtiyaç duyulmaması ve bu süreler dışında da atık alanlar olması, kurulabilecek sistemin şebekeye daha uzun süreyle enerji temin edebileceğini gösterir ki bu da önemli bir avantajdır. 2. LİTERATÜR Freiburg FC takımının stadı Mage Solar Stadium dünyada yeşil enerji üreten ilk stadyum olma özelliğini göstermektedir te inşa edilen stadyumun çatısına 1993 te yerleştirilen paneller 2200m 2 lik alanı kaplamaktadır. Yılda kwh lik üretim yapan stadyum kendi enerjisini bu tesisten sağlamaktadır[1,2]. San Francisco Giants beyzbol takımının ev sahipliği yaptığı AT&T Park, 2007 yılında Beyzbol Mayor * Corresponding author. Tel.: /1266: fax: address: (B. Oral). 2709

199 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Lig indeki ilk güneş enerjisi tesisi barındıran stadyumdur. Stadyum dışında 590 panelle kurulan sistemin gücü 120 kw tır[3] yılında Chao-Shun Chen ve arkadaşları küçük bir adanın enerji talebinde, fotovoltaik bir üretim sisteminin ada talebine etkisini gerekli simülasyonlarla incelemiş ve bu sistemin mali analizini yaptıklarında ise sistemin 7,5 yıl gibi bir sürede kendini amorti ettiğini, 690kWp gücüne eriştiğini ve yıllık 1178 MWh lik bir üretim gerçekleştireceğini ifade ettiler. Bu sebeple Kiribati deki National Main Stadyumu na bu sistemin kurulması gerektiğini savundular[4]. Benzer bir çalışma yapan Sourav Barua ve arkadaşları, Bangladesh in 6 farklı bölgesindeki 11 stadyum için fotovoltaik sistem kurmanın ileride beklenen enerji krizinde önemli bir çözüm olacağını belirtiler[5]. Tayvan ın Koahsiung kentindeki Main Stadium, 8844 panelle kurulmuş 1027kWp kapasiteli, yıllık 1,37GWh lik enerji üreten ve bu sayede 660 ton CO2 gazı emisyonu sağlayan bir üretim tesisidir. Chia-Hung Lin ve arkadaşları bu üretim tesisinin 2011 yılında ekonomik analizini yapmış ve tesisin 15,5 yılda kendini amorti ettiğini ve tesisin diğer üretim yöntemleriyle rekabetçi olabileceği sonucuna varmışlar[6][7]. Süper Bowl 50 ye ev sahipliği yapan Levi s Stadyumu 375kW lık kurulu güce sahiptir. Yıl boyunca ev sahipliği yaptığı maçlardaki enerji ihtiyacının daha fazlasını üretmektedir[8]. Yaklaşık 1150 panel kullanılarak kurulan bu tesis park alanındaki 6 şarj istasyonuyla aynı anda 12 araç şarj edebilmektedir. San Francisco 49ers takımına ait olan bu stadyum Amerika Ulusal Futbol Ligi ndeki, LEED yani enerji ve çevre dostu tasarımda liderlik sertifikasını Gold seviyesinde kazanan ilk profesyonel futbol stadyumudur[9]. Mineirao Futbol Stadyumu ise Brezilya nın ilk, dünyanın 2. LEED sertifikasına platinyum seviyesinden sahip, 2014 Fifa Dünya Kupası ve Rio 2016 Olimpiyatları gibi dünyaca ünlü birçok organizasyona ev sahipliği yapmış bir stadyumdur yılında yenilenen stadyumun çatısının %70 lik bölümü olan 11530m2 lik alana 5910 adet polikristal silikon panel ve 88 inverter yerleştirilerek 1,42kWp kapasiteli bir üretim tesisi kurulmuştur[10] yılında, Almanya nın Rostock şehrinde bulunan stadyuma, 700kWh gücünde bir güneş enerjisi sistemi kurulmuş olup, şebekeyi besleyen bu sistem, yenilenebilir enerji desteklerinden yararlanmaktadır. Sistemin kurulmasında daha hafif olduğu için mikromorf paneller tercih edilmiştir[11]. Seattle Seahawks ın stadı olan Centurylink Field, 3750 ince film panellerle çatının %80 inin kaplayacak şekilde bir tesise sahiptir. Yılda kWh ten fazla enerji üreten tesis 95 evin yıllık elektrik enerjisini karşılayabilecek büyüklüktedir. Tesisin kurulumuyla birlikte işletme masraflarında %21 lik bir düşüş söz konusu olmuştur. Ayrıca tesis karbon emisyonunu yılda 1350 ton kadar düşürerek çevreye de katkı sağlamaktadır[12] yılında yenilenen İsviçre nin Bern kentinde bulunan Stade de Suisse de 7930 modül kullanılarak oluşturulan güç sistemi 1346 kwh lik enerji üretmektedir. Bütün elektrik ihtiyacını bu sistemden kullanan stadyum, yıllık 630 ton karbondioksit gazı emisyonunun atmosfere salınmasını engellemektedir[13].ingiltere de bulunan Wembley Stadyumu da gereken tüm enerjisini fotovoltaik panelleri sayesinde karşılamaktadır yılları arasında karbon emisyonunu %30 a kadar azaltmıştır[14]. Fransa da bulunan Allianz Riviera da 7000 m 2 lik bir alanda fotovoltaik panelleriyle üretim yapılmakta ve 2020 yılına kadar MWH lik üretim hedeflenmektedir[15]. Downtown Oakland Practice Facility ise, 537 panelden oluşan bir tesise sahiptir. Bu tesisle 25 yılda 2 milyon dolar tasarruf edileceği tahmin edilmektedir[16] Fotovolataik paneli kullanılarak kurulan, 1400 kw kapasiteli Türkiye deki Antalya Stadyumu ilk 10 yıl %92 verimle çalışacaktır. 30 yıllık ömrü olan tesis %80 verime kadar zamanla düşecektir. Takribi 500 konutun elektrik enerji ihtiyacını karşılayacak tesis, ürettiği enerjiyi doğrudan şebekeye vermektedir[17]. Philadelphia da bulunan Lincoln Financial Field stadyumunda den fazla güneş paneli ve 14 rüzgar türbiniyle bir güç sistemi kurulmuştur. Toplamda 3 MW lık üretim yapabilen tesiste paneller sadece çatıda değil duvarlara da monte edilmiştir. Bir yılda üretilen enerji, bir sezon boyunca ev sahipliği yapılan maçlarda ihtiyaç duyulan enerjinin 4 katından fazladır. Üretilen fazla enerji satılarak gelir elde edilmektedir[18]. Amerikan futbolu takımı olan New England Patriots a ait Gillette Stadyumu da, Kraft Group 2010 yılında 525 kw lık bir sistem kurdu. Bu sistem 2015 yılında ortağı NRG ile stadyum dışındaki yürüyüş yollarının üst kısmı, dükkan ve restoranların üzeriler ve stadyumun yanındaki kompleks üzerine yaklaşık 3000 ilave panelle sistem kurularak genişletildi. Yaklaşık 120 dönüme sahip olan ve 2008 yılında açılan stadyum, etrafıyla birlikte geniş bir alışveriş ve yaşam merkezidir. Toplamda 1,1 MW lık kurulu güce sahip olan Gillette Stadyumu, yıllık kwh lik enerji üretir. Üretilen bu enerji Patriot Place de denilen bu alanın enerji ihtiyacının %60 ını karşılamaktadır. Kurulan tesis yılda 800 ton karbon emisyonunu azaltırken, kişinin çevreyi kirletmesi kadar miktarda çevre kirliliğinden koruyor[19]. Washington DC şehrinin en büyük tesisi ünvanını taşıyan FedEx Field bünyesinde 8000 den fazla panel barındırıyor panel park alanında, 525 panel stadyum çatısında ve 188 panel ise açılı bir şekilde duvarlarda olup mimari açıdan da böyle bir tesis kurmanın ne kadar uygun olduğunun bir göstergesidir. Stadyumun oyun günlerinde ve diğer günlerde ihtiyacı olan toplam enerjinin %20 si kurulu tesis tarafından karşılanmaktadır. Üretilen enerji 300 evin elektrik enerji ihtiyacına denktir[20]. Oyun günlerinde harcanan enerjinin ise 2,5 katı kadar enerji 2710

200 The Integrated PV Power Plants on the Roof of Stadiums: Sustainability and Energy Economy, B.Oral, E. Tuncar üretilmektedir[21]. 2 MW lık kurulu güce sahip olan tesisin 10 elektrikli araçlar için şarj istasyonu bulunmaktadır[22]. Chase Field Stadyumu nda Kurulu olan 75 kw gücündeki sistem Arizona Diamondbacks li taraftarlar için gölgelik olacak şekilde tasarlanmıştır[23]. Busch Stadyumu 106 panelle kurulmuş bir tesistir. Yıllık kwh enerji üreten tesis 2012 yılında kurulmuştur. St Louis Cardinals ekibine ait stadyumda, şebeke bağlantısız ve bataryasız bu sistem ürettiğini anında kullanarak faturaların düşmesi için tasarlanmış bir sistemdir[24]. Seattle kentinde bulunan Safeco Stadyumu, kurulu gücü 32,76 kw olan bir sisteme sahiptir. Yıllık kwh lik enerji üreten tesis karbon emisyonunu da düşürmektedir[25]. New York Giants & Jets takımına ait olan MetLife Stadyumu 1350 panelle kurulu 3505 kw lık bir sistemle enerji üretmektedir[26]. Cleveland Indians ekibinin ev sahibi olduğu Progressive Field Stadyumu ise 42 panelle oluşturulmuş ve kurulu gücü 8,4 kw olan tesisle, stadyumdaki 400 adet televizyonu çalıştırabilmektedir[27]. Arrowhead Stadı 308 panelle kurulmuş yıllık kwh enerji üreten ve ürettiği enerji takriben 8 evin yıllık enerjisini karşılayan bir stadyumdur[28]. Indianapolis Motor Speedway panelle kurulmuş bir sistemdir. Sistemin kurulu gücü 9 MW tır[29]. Colorado Rockies beyzbol ekibinin 46 panel ve 9,89 kw kurulu güce sahip olan stadı Coors Field yılda kWh lik enerji üretimi gerçekleştiriyor. Beyzbol sahaları içinde güneş enerji sisteminin kullanana ilk stadyumlardan biridir[30]. Los Angeles Lakers takımı tarafından kullanılan Staples Center, çatısında 1727 panel taşımaktadır de 166 kw olan sistemin gücü günümüzde 364 kw kadardır. Enerji harcamalarında yıllık $ kadar düşüş bekleniyor. Tesis yılda ton CO2 emisyonu sağlarken 27 tondan fazla SO2, 33 tondan fazla NO2 emisyonu sağlar. Bu tesis çevreye yaklaşık 688 dönüm olgun ağacın sağladığı katkıyı sağlamaktadır[31]. Rio Tinto Stadyumu 2020 kw lık kurulu güce sahiptir. Yıllık gereken enerjinin %73 ünü tesisten karşılayan stadyumda 315 W lık 6423 adet panel bulunmaktadır. Bu panellerin %95 i park alanına yerleştirilmiştir[32]. US Airways Center, otapark üzerinde 966 panelle oluşturulmuş kurulu gücü 227 kw olan bir tesise sahiptir. Yıllık kwh lik enerji üretmektedir. Bu enerji 20 maç gününde kullanılan enerjiyi karşılamaktadır[33]. New York Jets antreman merkezi Yingli marka 3000 panelle kurulmuştur. Yıllık kWh enerji üretmektedir. 540 tonluk CO2 emisyonu sağlayan sistem 100 arabayı trafikten almakla eşdeğerdir[34]. Sonoma Raceway 1700 civarı panelle ihtiyacının %41 ini sağlamaktadır. 350 kw kurulu güce sahip olan tesis, çift tarafı da tamamen solar filmle kaplı skor tabelası bulundurmaktadır[35]. Houston Texans ın stadı NRG Stadyumu 600 panelle kurulan 180 kw gücünde bir güç sistemine sahiptir[36]. 94 aracın park edebileceği alanın üzerine kurulan sistem 882 panelden oluşmaktadır. 220 kw kurulu güce sahip olan stadyum yıl boyunca oyun günlerinde kullanılan enerjinin tamamını karşılamaktadır[37]. Nascar s Pocono Raceway, 2010 yılında modülle kurulan tesis 3 MW büyüklüğünde olup 20 yılda kwh ten fazla enerji üretmesi beklenmektedir. 300 Yakın evin ihtiyacı enerji üretir ton korbondioksit emisyonu sağlamaktadır[38]. 3.TÜRKİYE DEKİ ENERJİ POTANSİYELİ Ülkemizde 2016 yılı sonu itibariyle kurulu gücü 402 MW olan 34 adet güneş enerjisi santraline önlisans, kurulu gücü 12,9 MW olan 2 adet güneş enerjisi santraline lisans verilmiştir. Lisanssız elektrik üretim santrallerinin kurulmasıyla birlikte 2016 yılı sonu itibarıyla güneş enerjili santral sayısı olarak görülürken bu santrallerin kurulu gücü ise 819,6 MW olup, 2 adet lisanslı güneş enerjisi santrali ile birlikte toplam kurulu güç 832,5 MW a ulaşmıştır[39]. 2711

201 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey (a) (b) Şekil 1: (a) Türkiye Global Radyasyon Değerleri (KWh/m2-gün), (b) Türkiye Güneşlenme Süreleri (Saat)[40]. Şekil 2: Türkiye Güneş Enerji Potansiyeli Atlası[40]. Tablo 1. Türkiye de Bulunan Bazı Stadyumların, Fotovoltaik Sisteme Uygunluğu Güneş enerji sistemi bulunan stadyumlar Sivas 4 Eylül Stadı Antalya Stadyumu Güneş enerji potansiyeli yüksek olan ve sistem için uygun olan stadyumlar Konya Büyükşehir Stadyumu Alanya Bahçeşehir Okulları Arena Mersin Stadyumu Gaziantep Stadyumu Güneş enerji potansiyeli yüksek olan ancak sistem için uygun olmayan stadyumlar Afyon Arena Stadı Eskişehir Yeni Atatürk Stadyumu Kayseri Kadir Has Şehir Stadyumu Tablo 1 de belirtildiği gibi ülkemizde 2 stadyumda güneş enerjisi sistemi bulunmaktadır. Bu stadyumlar Sivas 4 Eylül Stadı ve Antalya Stadyumu dur. İkisinde de tesis stadyumun yapım aşamasında kurulmuştur. 2712

202 The Integrated PV Power Plants on the Roof of Stadiums: Sustainability and Energy Economy, B.Oral, E. Tuncar Güneş enerji potansiyelinin yüksek olduğu bazı yerlerden Konya, Alanya, Mersin ve Gaziantep Stadyumu örnek olarak incelendiğinde; stadyumların etraflarında gölgelenme yapacak herhangi bir yapının olmaması, çatı ve otopark alanlarının mimari açıdan tesis için uygun olması, çatılarının yaklaşık m 2 ile m 2 arasında alanlar kaplıyor oluşları nedeniyle bu stadyumlar enerji üretim tesisi olarak değerlendirilebilecek potansiyel alanlardır. Afyon, Eskişehir ve Kayseri de bulunan stadyumlar ise çatılarındaki mimari yapılar nedeniyle fotovoltaik bir sistem için uygun değildir. Şekil 3: Antalya Stadyumu[41]. Şekil 4: Alanya Bahçeşehir Okulları Arena[42]. 4. LİSANSSIZ ÜRETİM Şekil 5: Kayseri Kadir Has Şehir Stadyumu[43]. Ülkemizde enerji kaynaklarının ve enerjinin kullanımında verimliliğin arttırılmasına yönelik yapılan yasal düzenlemeler çerçevesinde, gerçek veya tüzel kişilere kendi enerjilerini üretebilme hakkı tanınmıştır. Kendi enerjilerini üretme hakkına sahip gerçek veya tüzel kişiler, bu kapsamda herhangi bir lisans alma veya farklı bir şirket kurma yükümlülüğünden muaf tutulmuşlardır yılında resmi gazetede yayınlanan 6446 sayılı Elektrik Piyasası Kanunu 14. Maddesinde lisans alma ve şirket kurma yükümlülüğünden muaf faaliyetler arasında bulunan kurulu gücü azami 1MW lık yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı üretim tesisi kurulmasına onay vermektedir. 2713

203 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Yenilenebilir enerji destekleri kapsamında 13,3 $ Cent/kWh alım garantisi uygulanmaktadır. Ayrıca sistem kurulurken kullanılan materyallerin yerli üretim olması halinde; konstrüksiyon 0,8 $ Cent/kWh, fotovoltaik panelleri 1,3 $ Cent/kWh, fotovoltaik panelini oluşturan hücreler 3,5 $ Cent/kWh, invertör 0,6 $ Cent/kWh ve güneş ışığını odaklayan malzeme için 0,5 $ Cent/kWh ilave destek alınmaktadır. 5. SONUÇ Dünyada birçok örneği bulunan fotovoltaik sistemlerin stadyumlara entegresi, şehir merkezlerinde kullanılmayan alanlarda enerji üretimine katkıda bulunarak, hem sürdürülebilirlik hem de ekonomik açıdan bulunduğu bölgeye değer katmaktadır. Konya, Alanya, Mersin ve Gaziantep Stadyumları örnek olarak incelendiğinde, çatı ve otoparklarındaki fotovoltaik sistem için uygun alanların yaklaşık 1MW lık bir tesis için yeterli olduğu görünmektedir. Bu tesislerin bulunduğu şehir ve potansiyel farklı olsa da ortalama bir değer alınarak, basit bir hesaplama yapılacak olursa, en az günde 4 saatlik bir güneşlenme süresi ile yılda 1460 MWh lık bir enerji üreteceği bununda yenilenebilir enerji destekleri kapsamında yaklaşık $ gibi bir gelir sağlayacağı görülmektedir. Ülkemizdeki enerji potansiyelinin yüksekliği düşünüldüğünde fotovoltaik sistemlerin stadyum gibi atık alanlara entegresi, hem ülke ekonomimiz hem de her geçen gün artan enerji ihtiyacımıza karşılık vermek açısından önemli bir adım olacaktır. Ayrıca bu alanların çok popüler alanlar olması nedeniyle toplumun yenilenebilir enerji kullanımı farkındalığını artıracağı gerçeği de unutulmamalıdır. KAYNAKÇA [1] Erişim Tarihi: 12/07/2017 [2] Erişim Tarihi: 12/07/2017 [3] Erişim Tarihi: 10/07/2017 [4] Shun Chen,C; Ting Hsu, C; Korimara, R; The Photovoltaic Generation System Impact on the Energy Demand of a Small Island and Its Financial Analysis, Energy Procedia, s: , [5] Barua, S; Hossain, C,A; and Rahman,M ; Optimization of Grid-Tied Distributed Microgrid System with EV Charging Facility for the stadiums of Bangladesh, ICEEICT 2015, Jahangirnagar University, Bangladesh, May 2015 [6] Erişim Tarihi: 13/07/2017 [7] Hung Lin,C, Lin Hsieh,W; Shun Chen,C; Ting Hsu,C; Tien Ku,T; Ta Tsai,C; Financial Analysis Of A Large-Scale Photovoltaic System And Its Impact On Distribution Feeders, Ieee Transactıons On Industry Applıcatıons, Vol. 47, No. 4, July/August 2011 [8] Erişim Tarihi: 13/07/2017 [9] Erişim Tarihi: 13/07/2017 [10] Monteiro,L.G.; Macedo,W.,N.; Torres,P.,F.; Silva,M.,M.; Amaral,G; Piterman, A.,S.; Lopes, B.,M.; Fraga, J.,M.; Boaventura, W.,C.; One-Year Monitoring PV Power Plant Installed on Rooftop of Mineirão FifaWorld Cup/Olympics Football Stadium, Energies, 10 (2), 225, February [11] Erişim Tarihi: 11/07/2017 [12] https://www.nrdc.org/sites/default/files/centurylink-case-study.pdf, Erişim Tarihi: 11/07/2017 [13] Erişim Tarihi: 05/07/2017 [14] Erişim Tarihi: 05/07/2017 [15] Erişim Tarihi: 06/07/2017 [16] Erişim Tarihi: 06/07/2017 [17] Erişim Tarihi: 01/08/2017 [18] Erişim Tarihi: 26/07/2017 [19] Erişim Tarihi: [20] https://www.clarkconstruction.com/our-work/projects/fedexfield-solar-panel-installation, Erişim Tarihi: 21/07/2017 [21] Erişim Tarihi: 26/07/2017 [22] Erişim Tarihi: 02/08/2017 [23]http://arizona.diamondbacks.mlb.com/ari/ballpark/information/index.jsp?content=solar, Erişim Tarihi: 12/07/2017 [24] https://electricalconnection.org/news/st-louis-cardinals-energize-busch-stadium-solar-power-first-time/, Erişim Tarihi: 20/07/

204 The Integrated PV Power Plants on the Roof of Stadiums: Sustainability and Energy Economy, B.Oral, E. Tuncar [25] Erişim Tarihi: 15/07/2017 [26] Erişim Tarihi: 29/07/2017 [27] Erişim Tarihi: 21/07/2017 [28] Erişim Tarihi: 01/08/2017 [29]http://www.indianapolismotorspeedway.com/events/indy500/news-multimedia/news/2014/07/01/ims-solar-powerfacility-opens, Erişim Tarihi: 03/07/2017 [30] Erişim Tarihi: 13/07/2017 [31] https://www.staplescenter.com/about/environment, Erişim Tarihi: 13/07/2017 [32] https://www.rockymountainpower.net/about/nr/nr2015/rio-tinto-stadium-solar.html, Erişim Tarihi: 13/07/2017 [33] Erişim Tarihi: 11/07/2017 [34] Erişim Tarihi: 10/07/2017 [35] Erişim Tarihi: 05/08/2017 [36] Erişim Tarihi: 05/08/2017 [37] https://www.sjearthquakes.com/post/2014/06/30/quakes-announce-petersendean-new-stadium-solar-partner, Erişim Tarihi: 21/07/2017 [38]http://www.poconoraceway.com/pocono-raceway-solar-energy.html, Erişim Tarihi: 01/07/2017 [39] Erişim Tarihi: 09/07/2017 [40] Erişim Tarihi: 10/08/2017 [41] Erişim Tarihi: 13/08/2017 [42] Erişim Tarihi: 13/08/2017 [43] https://3dkonut.com/kayseri-kadir-has-sehir-stadyumu/projesi, Erişim Tarihi: 13/08/

205 Smart Bicycle Design for Smart Cities Y. Aygor 1,*,A. Istanbullu 2 1 Balikesir University, Electrical Electronic Engineering, Balikesir,Turkey 2 Balikesir University, Electrical Electronic Engineering, Balikesir,Turkey Abstract Smart transportation solutions are one of the smart city components. The usage of bike as an alternative means of transport is becoming widespread in cities. With developing technology, bike presents various information of usage connecting to internet. Vehicles known as smart bikes can give the information like speed and distance. In this article, a smart bike design based on IoT was made. With this design, bike riders will be able to follow the distance he covers, number of pedals he cycles, daily average speed and calorie he burns while riding by his own website. Keywords:Smart cities, smartbike, internet of things. 1. GİRİŞ İnsanlar günlük işlerinde çeşitli ulaşım araçlarını kullanırlar. Bunların arasında bisiklet yedi yaşından yetmiş yaşına kadar olan insanların kullanabileceği bir ulaşım ve spor aracıdır. Şehir içinde bir yere gitmek isteyen insanların tercih edebileceği bisikletler ekonomik ulaşım imkanının yanında sağlık açısından insanlara faydası bulunmaktadır [1]. Son zamanlarda dünyada ve Türkiye de giderek artan kalp-damar hastalıkları ve aşırı kilo insanlar üzerinde etkili olmaya başlamıştır. Bu hastalıkların önemli bir bölümü insanların önceki yıllara nazaran fiziksel hareketlerindeki yavaşlamadan ve yedikleri besinlerden kazanılan kalorilerin gerektiği ölçüde yakamadıklarından kaynaklanmaktadır [2]. 2716

206 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22October 2017, Elazığ, Turkey Şek.1.Bisiklet kullanmanın faydaları [3]. Bu sebeple bisiklet kullanıcıları gerek bisikleti bir ulaşım aracı olarak gerekse bir spor aracı olarak kullansalar bile sağlıklı ve çevreye zarar vermeden spor yapmış olurlar. Yapılan bu spor süresince bisiklet üzerinde gidilen yolun ve yakılan kalorinin günlük ve aylık olarak takip edilmesi sporcuya daha fazla yarar sağlayacaktır. Aşağıdaki tablo 1 de bazı yaş gruplarının ortalama günlük kalori ihtiyaçları verilmiştir. Buradaki değerler kişinin kilosu ve sağlık durumu gibi etkenlere bağlı olarak değişebilmektedir. Buradaki hareketsiz yaşam ofis ortamı gibi işler ile uğraşan kişileri, az hareketli yaşam günlük ortalama 4-5 km yürüyen veya onun eşdeğeri hareket eden kişileri, hareketli yaşam ise 5 km üzeri yürüyen veya onun eşdeğeri hareket eden kişileri kategorize etmektedir. ERKEK TABLO I. Günlük Tahmini Enerji İhtiyacı [4] YAŞ HAREKETSİZ AZ HAREKETLİ HAREKETLİ HAREKETSİZ AZ HAREKETLİ HAREKETLİ KADIN Yukarıdaki tabloya göre ihtiyacın üzerindeki kalori insanlara kilo artışı ve kalp-damar hastalığı olarak dönmektedir [2]. Alınan fazla kalorilerin yakılmasında etkili ve ucuz bir araç olan bisiklet küçükten büyüğe bütün insanlara sağlıklı yaşamın garantisini vermektedir. 2. NESNELERİN İNTERNETİ Çeşitli cihazların farklı bağlantı protokolleri ile birbirine bağlanıp iletişim kurmaları olarak tanımlanan nesnelerin interneti son zamanlarda günlük hayatımıza fazlasıyla girmektedir [5]. Nesnelerin interneti makinadan makinaya kavramının da ötesine giderek sistemlerin insan müdahalesi olmaksızın ya da en aza indirilerek birbirleriyle haberleşmesini sağlamıştır. Yapılan bu çalışmada, nesnelerin interneti tabanlı olarak tasarlanan akıllı bisiklet üzerinde bulunan sensörler yardımıyla, kullanıcının yaktığı kalori, bisikletin yol aldığı mesafe, kullanıcının pedal çevirme sayısı ve bisikletin günlük ortalama hızı anlık olarak takip edilerek tasarlanan internet ara yüzü ile kullanıcıya ait bir web sitesi üzerinden bu verilerin günlük gösterimi yapılacaktır. 2717

207 Smart Bicycle Design for Smart Citiesı, Y.Aygör, A.İstanbullu Şek.2.Sistem internet arayüzü. 3. DEVRENİN SENSÖR KISMI Projede gidilen yolun mesafesinin, çevrilen pedal sayısının ve günlük ortalama hızın hesabını yapmak için iki adet sensör kullanılmıştır. Bu sensörlerden bir tanesi pedal üzerine diğeri ise tekerlek üzerine monte edilerek pedalın ve tekerleğin dönme sayısından gidilen yolun, çevrilen pedalın ve günlük ortalama hızın hesabının yapılması sağlanmıştır. Şek.3.Tekerleyin dönmesini algılayan sensör ve yansıtıcı (reflektör). Bu çalışmada 26 inç jant genişliğine sahip bir bisiklet kullanılmıştır. Kullanılan tekerleğin çapı eşitlik 1 de verilmiştir. 1 inç= 2.54 cm 26x2.54=66.04 cm (1) Çemberin çevre hesabından gidilen yolun mesafesi eşitlik 2 ve eşitlik 3 de verilmiştir. Çember çevresi=2πr (2) 2x3.14x33.02 =207,36 cm (3) 2718

208 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22October 2017, Elazığ, Turkey Örnek olarak yapılan çalışmada bisiklet tekerlek sensörü jant üzerindeki reflektörü 10 defa algıladığında gidilen mesafe eşitlik 4 te hesaplanmıştır. 10x = 2073,6 cm (4) Yukarıda anlatıldığı gibi bisiklet, tekerleğin tam tur dönmesi ile 2.π.r kadar yol alır. Buradan da ortalama hız bulunabilir. Ortalama hızın ölçülmesi mikro denetleyicilerdeki zamanlayıcı (timer) birimi kullanılarak yapılabilir [6]. Hız bilgisi hesabı eşitlik 5 te verilmiştir. Şek.4.Hız ölçüm mantığı[6]. XX = VV. tt = VV. (tt aa tt bb ) 2ππππ(mm) = VV mm. (1mmmm. SSSSSSSSSSSS) ss VV = VV = 2ππππ SSSSSSSSSSSS ππππ (KKKK/ssss) SSSSSSSSSSSS (KKKK/ssss) (5) Yukarıda sürüş esnasında yapılan ortalama hız hesabı verilmiştir. Buradaki sayıcı bisiklet tekerleğinin 1 tam tur dönmesi için geçen süreyi ifade etmektedir. Günlük ortalama hız miktarı ise gün içerisindeki ortalama hız miktarlarının aritmetik ortalaması ile bulunmaktadır. GGünnnnükk OOOOOOOOOOOOOOOO HHHHHH = vv 1+vv 2+ + vv nn nn (6) Sürücünün çevirdiği pedal sayısı pedal çarkı üzerine monte edilen sensör ve yansıtıcı (reflektör) ile hesaplanmıştır. Pedal üzerindeki sensör ile pedal çarkı üzerindeki reflektörün her karşılaşmasında bir tur atılmış olacaktır. Buda sürücünün çevirdiği pedal sayısını verecektir. 2719

209 Smart Bicycle Design for Smart Citiesı, Y.Aygör, A.İstanbullu 4. KALORİ HESABI Şek.5.Bisiklet pedalı üzerindeki sensör ve yansıtıcı (reflektör) düzeneği. Bisiklet sürme esnasında harcanan kalori miktarı sürücünün kilosu, yaşı, sağlık durumu, boyu ve bisiklet sürmedeki zorluğa bağlıdır. Daha önceki yıllarda yapılan çalışmaların sonucunda bisiklet hızı ile yakılan ortalama kalori miktarının hesabı yapılarak bisikletin hızına göre bazı sabit katsayılar bulunmuştur. Bulunan bu sabit katsayılar tablo II de verilmiştir. Yapılan bu çalışmada yakılan ortalama kalori miktarı bu sabit katsayılara göre hesaplanacaktır. TABLO II. Bisiklet sabit katsayıları [7] HIZ SABİT KATSAYI 9 Km/s Km/s 6.8 YARIŞMA 10 Yapılan araştırmalar sonucunda, bisiklet sabit katsayısı bisiklet sürmenin zorluğuna ve bisiklet hızına göre 3 ile 10 değerleri arasında değişmektedir. Yapılan hıza ve sürücü kilosuna bağlı olarak sürüş esnasında harcanan ortalama kalori miktarı eşitlik 7 de verilmiştir. Harcanan ortalama kalori = Sabit Katsayısı x Kilo x Süre (7) Buradaki kilo kilogram cinsinden süre ise saat cinsinden olmalıdır. 5. KONTROL DEVRESİ Yapılan bu sistemde bisiklet üzerinden alınan verilerin işlenmesi ve sistemin internete bağlanması amacıyla bir kontrol devresi kullanılmıştır. Bu sistemin en önemli parçasını kontrol devresi olan Raspberry Pi-3 elektronik devre kiti oluşturmaktadır. Raspberry Pi-3 ile sensörlerden alınan veriler pyhton programlama dili ile işlenerek kullanıcının web adresine bilgi maksadıyla sonuçlar gönderilmektedir. Kontrol kartının internete bağlanması ise Raspberry Pi-3 elektronik devre kitinin üzerindeki dahiliwifi modülü ve sürücünün cep telefonunun kablosuz interneti acılığıyla sağlanacaktır. Şekil.5 te Raspberry Pi-3 dahiliwifi modülü, şekil 6 da ise sistemin blok diyagramı verilmiştir. 2720

210 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22October 2017, Elazığ, Turkey Şek.6.Raspberry Pi-3 dahiliwifi modülü [8]. Şekil.7.Sistemin blok diyagramı. 6. SONUÇ Akıllı şehirler için akıllı ulaşım çözümleri başlıca uygulamalardır [9]. Birçok metropolde alternatif ulaşım olarak bisiklet kullanımı yaygınlaşmaktadır. Teknoloji ile desteklenen, bisiklet taşıma zorunluluğunu ortadan kaldıran ve kentteki ulaşım ağına entegre olabilen sürdürülebilir bisiklet paylaşım sistemleri üzerine ticari ürünler de bulunmaktadır [10,11]. Bu çalışma ile bir bisiklet kullanıcısı için, harcanan kalori, gidilen mesafe, çevrilen pedal sayısı ve günlük ortalama hızı hesaplayan akıllı bisiklet tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Sensörlerden alınan verilerle hesaplanan sonuçlar günlük bazda internet ortamında da yayınlanabilecektir. Bu akıllı bisiklet tasarımı ile akıllı şehir ulaşım sistemine bir katkı sunulması amaçlanmıştır. KAYNAKLAR [1] UZ V.E., KARAŞAHİN M., Kentiçi Ulaşımda Bisiklet, Türkiye Mühendislik Haberleri Sayı 429, S 41, [2] KUMSAR A., TAŞKIN F., OLGUN N., Sağlıkta Tehlike: Obezite, Diyabet Obezite Ve Hipertansiyonda Hemşirelik Dergisi Sayı 1, S 14-21, 2009 [3] tarihli erişim [4] Britten P.,Marcoe K., Yamini S., Davis C. Development of FoodIntakePatternsfortheMyPyramidFoodGuidanceSystem S 84, [5] SAKA Y., The Internet of Things: Nesnelerin İnterneti, AB Ve Dış İlişkiler Dairesi Başkanlığı Bülten, S 16 [6] EROL Y., Bisiklet Hız Göstergesi, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos 2007 [7] KOÇOĞLU G., Enerji Gereksinimi Nasıl Hesaplanır, Ders Notu, S

211 Smart Bicycle Design for Smart Citiesı, Y.Aygör, A.İstanbullu [8] https://www.adafruit.com/product/ tarihli erişim [9] tarihli erişim [10] tarihli erişim [11] tarihli erişim 2722

212 Alphabet Teaching Mobile Game A. Bal 1 1 Department of Computer Engineering, Faculty of Technology, Marmara University, Istanbul, Turkey Abstract Alphabet teaching is the basic step in language education. Alphabet teaching is given to the early aged individuals at the beginning of their educational life. The years of learning will start in a fun way, encourage individuals to learn new things, and increase their positive attitude toward education in general. That is why it is necessary to teach alphabet which is the first step of education life in an easy and fun way. For this reason, A mobile game has been designed which makes teaching alphabet easy and fun. It is aimed to develop a three dimensional mobile game named "Alphabet space adventure", so that early-age individuals will learn Turkish alphabet by amusing. Keywords: Mobile, game, alphabet, 3d. 1. GİRİŞ Alfabe öğretimi, dil öğretiminin temel taşlarındandır. Dil öğretimine başlarken genellikle alfabe öğretimine öncelik verilir. Bir dilde yazı yazılmak istendiğinde alfabenin yani o dilin harflerinin öğrenilmesi gerekmektedir. Genç bireylere alfabe öğretmek için çeşitli yollara başvurulmaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle alfabe öğretme yolları da çeşitlenmiştir. Bu çalışmada üç boyutlu bir mobil oyun üzerinden genç bireylere kolaylıkla alfabe öğretiminin gerçekleşmesi amaçlanmaktadır. Yeni teknolojiler eğitim sorunlarının çözümü için ideal imkanlar oluşturmaktadır. Son yıllarda Türkiye de bilimsel gelişmenin canlandığı sırada bilgi artışı da atağa kalkmıştır. Bilginin artması eğitimi de büyük ölçüde etkilemektedir. Eğitim alanına hızla giren teknolojilerin, kapasite ve çeşitliliği, eğitim sorunlarımızı tam anlamıyla olmasa da büyük ölçüde gidermeye yetmektedir. [1] 2723

213 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey 2. MATERYAL VE METOT 2.1. Planlama Fig. 1. Oyun içi görüntü Alfabe öğretimi için yapılması planlanan oyunda çok çeşitli özellikleri birarada düşünmek gerekmektedir. Oyunun amacı alfabe öğretmektir ve bunun için bilgi aktarımı yapılmalıdır ama bu aktarımın eğlenceli bir şekilde yapılması gerekmektedir. Sadece kısa süreli bir eğlence de tüm alfabeyi öğretmeye yetmeyeceği için sürdürülebilir bir eğlence gerekmektedir. Bunun için ise her yeni bölümde yeni yollar, yeni zorluklar, yeni bulmacalar sunmak gerekmektedir. Oyunun teması uzaydır. Genel olarak kullanıcı kontrol ettiği uzay gemisiyle düşmanlardan kaçacak, bulmacaları çözecek ve hedefindeki harfe ulaşacaktır. Öğretimin sağlanması ise kullanıcı o harfin bölümünü oynamak için o harfe tıklayacak, bölüme girerken herfi duyacak, uzay gemisiyle harfi almak isterken görecek, oyunu kazandığında arayüzde harfi büyük bir şekilde görecek ve sesini duyacaktır. Bu şekilde oyun oynarken harfler ve sesleriyle defalarca karşılaşan kullanıcı harfleri tanıyacak ve öğrenecektir. Oyunda alfabenin tüm harflerinin öğretilebilmesi için, her harf için ayrılmış bir bölümün tasarlanması gerekmektedir. Bunun sebebi ise her harfe ayrı ayrı zaman ayırabilmek ve kullanıcının o harfi öğrenebilmesi için yeterli süre ve imkan bulabilmesini sağlamaktır. Bu şekilde yirmidokuz harf için ayrı ayrı bölümler oluşturulmuştur. Otuzuncu bölüm ise oyunlarda Boss yabancı ismiyle geçen oyun sonu canavarı bulunan bir final bölümüdür. Oyunun eğiticiliğinin yanında eğlendiriciliği için de çalışılmaktadır. Oyunda kullanılacak programların belirlenmesi kısmında oyunun daha fazla kullanıcıya erişebilmesini kolaylaştıracak tercihler yapılmıştır. Oyunun tablet ve akıllı telefonlarda kullanılabilir olması, geniş bir kullanıcı kitlesine hitap etmeyi sağlayacaktır. Bu sebeple mobil platformlara oyun derleyebilen, üç boyutlu ortam sunabilen ve ülkemizde yaygın kullanıma sahip olan bir oyun motoru tercih edilmiştir. Bu oyun motoru Unity 3d oyun motorudur. Oyun motoruna dışarıdan, üç boyutlu modeller, grafikler ve sesler eklemek gerekmektedir. Tüm bu öğelerin birbiriyle uyumlu olması ve çalışırken cihaz performansını düşürmemesi de gerekmektedir. Bu yüzden bu öğeler daha oyun motoruna eklenmeden, oluşturuldukları sırada optimize edilmeleri gerekmektedir. Fig. 2. Unity 3d logosu 2724

214 Alphabet Teaching Mobile Game A. Bal Oyunun genel yapısı, kullanılacak programlar, oyuna eklenecek medya dosyaları planlandıktan sonra tüm bu öğelerin yapımına başlanmaktadır. Oyun gibi çeşitli yönleri olan uygulamaların yapımında farklı görevleri üstlenen farklı bireylerin olması işin kalitesi ve kısa sürede bitmesi açısından önemlidir. Yapım ekibi büyüdükçe ve tecrübeli kişilerden oluştukça, oyun daha profesyonel hale gelmektedir Modelleme Oyundaki ana gemi, düşman gemiler, çevre öğeleri, zararlı dişli ve çubuklar vb. oyun içi öğeler üç boyutlu modelleme teknikleriyle elde edilmiştir. Modelleme programı olarak Blender 3d programı tercih edilmiştir. Bu tercihin sebepleri adı geçen programın ücretsiz ve kolay kullanılabilir olmasıdır. Modelleme sonrasında öğelerin grafikler ile kaplanması gerekmektedir. Bu işlem için herhangi bir grafik düzenleme programı kullanılabilmektedir. Oyunda grafik işlemleri için Gimp isimli program kullanılmıştır. Bu programın kullanılmasının sebebi açık kaynak kodlu ve ücretsiz olmasıdır Kodlama Oyunun kodlaması için oyun motorunun kabul ettiği kodlama dillerinden bir tanesini seçmek gerekmektedir. Yaygın kullanımı ve kolaylığı sebebiyle C# dili tercih edilmiştir. Kodlama ortamı olarak Visual Studio programı tercih edilmiştir. Intellisense isimli kodlamadaki hataları düzelten bir sistemi barındırması sebebiyle adı geçen program kodlama editörü olarak tercih edilmiştir. Oyundaki yapay zeka öğeleri kodlanırken state diye adlandırılan bir teknik kullanılmaktadır. Bu tekniğe göre yapay zeka öğesi çeşitli durumlarda farklı davranışlar sergilemektedir. Örneğin, kullanıcı yapay zekalı düşmana yaklaştığında, yapay zeka hemen saldırı durumuna geçmekte ve ona göre hareket etmektedir ama kullanıcı düşmandan belirli mesafe uzaklaştığında yapay zeka uyku durumuna geçmekte ve ona göre hareket etmektedir. Örnekte olduğu gibi her bir farklı durumun kod içerisinde sürekli kontrolü ve oluşan şartlar sonucunda durumlar arası geçişlerin yapılması sağlanmaktadır Yayınlama Oyunun yayınlanması mobil platformlarda gerçekleşmiştir. Oyun hangi platformda yayınlanmak isteniyorsa (Android, ios) o platforma derlenmektedir. Alfabe Uzay Macerası isimli oyun Android platformuna yüklenmiş ve Android işletim sistemi yüklü tablet, telefon, tv vb. platformlarda ücretsiz olarak kullanılabilir hale getirilmiştir. Fig. 3. Android logosu 3. ÇIKTILAR VE TARTIŞMA Oyun Android markete yüklenmiştir. Markete yeni yüklendiği için üzerinde analiz yapabilecek yeterli indirme ve değerlendirme verisine ulaşılamamıştır. Bu oyuna genel hatlarıyla benzeyen bir önceki oyunumuz otuz bin indirme ve yüzden fazla olumlu değerlendirme almıştı. Bu oyunun daha yeni arayüz ve özellikler ile daha fazla indirme ve olumlu değerlendirmeye ulaşacağını düşünmekteyiz. 2725

215 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey Türkçe ve eğitici kategorisindeki yerli uygulamalar ve oyunların sayıları diğer dillere baktığımızda oldukça azdır. Yerli, eğitici yapımların artması için destekler artırılmalıdır. Üniversitelerin bilgisayar ve yazılım ile ilgili bölümlerinin, yeni teknolojik cihazlara yönelik uygulama geliştirme faaliyetlerine önem vermeleri gerekmektedir. Bu tür uygulamaların artması hem insanımıza eğitim açısından kolaylıklar sağlamakta, hem de ülkemize ihracat geliri kazandırabilmektedir. Sonuç olarak oyun ve oyuncak, çocuğun yaşamının ayrılmaz bir parçası ve gelişiminin en önemli aracı olduğu gibi onun en doğal öğrenme ortamıdır.[2] TEŞEKKÜR Bu bildiri Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi tarafından desteklenmektedir. Bizlere bu imkanı sunan hocalarımıza teşekkür ederim. REFERANSLAR [1] VAROL, Nurhayat. BİLGİSAYAR DESTEKLİ EĞİTİM [2] EGEMEN, Ayten; YILMAZ, Özge; AKIL, İpek. Oyun, oyuncak ve çocuk

216 Modelling and Control Study of Surface Mounted Permanent Magnet Motor M. Caner 1,*, S. Yalvac 2 1 Department of Electric-Electronic Engineering, Afyon Kocatepe University, Afyonkarahisar, TR 2 Department of Electrical&Energy Department, Afyon Kocatepe University, Afyonkarahisar, TR Abstract This study presents a finite element (FE) modelling and field oriented control (FOC) of surface mounted permanent magnet motor (SMPM). Geometrical and material properties of a 1.5kW industrial motor has been used in the modelling. This model is verified in three stages comparing real motor electrical plate ratings. As a first step, model is simulated as FE based software without any driver. Secondly the model is embedded in Matlab/Simulink using Simulink Plug-in software. Finally, the motor model in Matlab/Simulink has been run with a space vector pulse width modulation (SVPWM) controlled inverter. In order to obtain maximum torque, an advance angle has been determined in the FE based 2D model. The model of the motor has constant speed input and variable torque output. It is fed by three phase voltages and currents can be observed as output. In order to show controllability of the motor model, a FOC control loop has been setup with PI control additionally. The control application of an embedded FE model which is popular in motor design studies is important. With the application the average torque can be tuned via q axis current which is a torque component of SMPM motor. The results compatible with the motor plate values in each steps show the accuracy of the modelling. Keywords: SMPM motor, finite element modeling, FOC control method, matlab/simulink. 1. INTRODUCTION Permanent magnet synchronous motors have become a necessity to use in mass production bands with precise position and speed control. In addition, with its high power density feature, its use in terms of energy efficiency is becoming increasingly important. However, the expensive magnets used increase the cost and limit the use of each field of the motors. Despite the advantage of very precise speed and position control, disadvantages are the requirement of position information for control and the necessity of using additional encoder. Uses include electric vehicles, filling machines, wind turbines, aerospace industry, and any system that requires energy efficiency. These motors are very important in terms of cost and time to make their designs using modeling studies instead of trial and error method. Modeling studies can be investigated in two groups as analytical modeling [1], [2] where fully mathematical equations are used and visual modeling [3] [5], using finite element based software. Also, in terms of model validation, modeling studies in one group are compared with other or experimental results [6] [10]. * Corresponding author. Tel.: /15172: fax: address: (M. Caner). 2727

217 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey A design of Surface-Mounted Permanent Magnet (SMPM) motor implies multidisciplinary design; magnetic, electric, heat transfer, mechanic, cost, etc. The modeling of SMPM is based on modular approach [11]. Finite element based software has also become more popular than others because of its accuracy and ease of application, as well as the ability to perform electrical, magnetic and thermal analysis. Motor design is now widely used by many manufacturers with the help of these software. In this study, 12-slot, 10-pole [12] [14] 1.5 kw 2000 rpm industrial motor with surface mounted magnets has been used. A finite element based software which can analyze moving parts has been used as visual modeling. Expertise and experience are very important in using software that contains highly complex detailed parameters in order to make the modeling correctly. First, the motor has examined in terms of geometry and materials and the information which is necessary for the software is obtained. Secondly, the motor simulation start angle has been determined. Finally, using the analysis feature of the software, torque and current results are compared with actual motor plate values. In addition, similar results were obtained by embedding the software into the space vector pwm controlled inverter model made in Simulink using the software working with Matlab / Simulink. 2. PMSM MOTOR PARAMETERS The three-phase, permanent magnet motor, which its rotor type is surface mounted with radial magnets, has 10 pole and 12 slot structure. It has double layer winding type. The number of slots per phase and pole is fractional and its value is less than 1. That is, the winding type is "concentrated". The number of turn in one coil side is 78. Table I shows the industrial type motor plate values. The geometric and internal structure of the motor are summarized in Table II. Table I. The motor plate values Model Input voltage Input current RPM Torque Power ECMA-E21315G8 110V AC rms 8.3 A rms 2000 r/min 7.16 Nm 1.5 kw Table II. Structural and geometric values of the motor Supply voltage 105V (peak line voltage) Tooth tip thickness 0,62mm Rated current 8.3 A rms Tooth width 10,6mm Air gap thickness 0.91 mm Tooth tang radius 0,8mm Stack height 44,2mm Stator windings conn. type Wye (Star) Rotor location Interior Driver type Sinewave Magnet type Surface Mounted with radial magnets Number of parallel paths 1 Number of poles 10 PWM method Space vector pwm Stator type Square Switching frequency 5 khz Number of phases 3 Coil placement method Side by side 2728

218 Modelling and Control Study of Surface Mounted Permanent Magnet Motor, M. Caner, S. Yalvaç Number of slots 12 Slot liner thickness 0,7mm Inner diameter (rotor) 45mm Coil separator thickness 0,1 mm Outer diameter (rotor) 71,36mm Slot wedge thickness 1,8mm Magnet angle 34,2 o Wire size method Bare slot fill factor Magnet thickness 3,78mm Bare slot fill factor %40 Magnet tip depth 2mm Number of turns for each coil 78 Magnet tip radius 1,5mm Stator end winding height 8,15mm Inner diameter (stator) 73,18mm Material (stator & rotor ) M270-35A Outer diameter (stator) 125,4mm Material (magnet) N30UH Slot depth 19,5mm Material (coil) Copper :100% IACS Slot opening width 0,5mm Material (slot liner) Epoxy resin Tooth tang angle 25 o Material (shaft & hub) C10:1010 steel Tooth tip depth 0 mm Ambient temperature 25 o 3. MODELLING WITH FINITE ELEMENT BASED SOFTWARE Recent years, finite elements methods based software packages that are useful in terms of accuracy and time saving in motor design became popular. In this study MotorSolve software is used which facilitates modeling on ready motor templates. Here, the motor parameters given in the previous section were processed on the software to obtain the model views in Figs. 1 and 2. Fig. 1. A 2D view of the MotorSolve model Fig. 2. A 3D view of the MotorSolve model The advance angle must be adjusted in order for the motor to give maximum torque on the simulation. A specific start angle range must be entered on the software in PWM or D-Q analysis mode. However, if space vector pwm is selected as the PWM method, only PWM analysis can be used. Advance angle is determined as 85 degrees using PWM analysis with a resolution of 5 degrees in the range of degrees. 4. VERIFICATION OF THE MOTOR MODELLING Beside the motor model inside the software a simulation of the embedded motor model were held. And the actual motor values of the current, torque and voltage graphics are compared with the simulation results of both the PMSM motor model completed in the previous chapter and the simulink embedded motor model fed with the ideal sine. The inputs and outputs for the motor model, which is transferred to the Matlab / Simulink 2729

219 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey environment with the aid of the Simulink plug-in software, appear as shown in Fig. 3. The motor block is used in constant speed / variable torque mode. Here, the phase voltages and speed of the motor should be entered as pure sin wave (1) and in rad/s respectively. Voltage phase angles are different by 120 degrees phase by adding pi phase shift in addition to rotor initial angle. Here, the phase shift causes due to the assumption in MotorSolve that the d-axis is aligned with the centerline of the phase A winding at t = 0 and a pure sine source. ( π f π o ) ( π f π o ) ( π f π o ) Va = 105sin Vb = 105sin Vc = 105sin (1) Fig. 3. Motor model fed with pure sin wave voltages in Matlab/Simulink environment PMSM motors require a driver to operate and vector control technique is generally used with SVPWM. In order to see the ability of the motor model to operate with a real motor-like model and to be able to use the control exercises, a simulation study of the driver model was performed with the motor model in Matlab/Simulink environment. The driver model as an SVPWM inverter was added to the simulation of the embedded motor model mentioned above (Fig. 4). Powered by a SVPWM switched drive using a DC link voltage of 105 V, the motor is supplied with a modified peak voltage of 105 V at the peak value. Thus, the motor supply voltages are similar to the previous two models. Fig. 4. Motor model fed with SVPWM switched inverter in Matlab/Simulink environment When the motor is mechanically rotated 1 turn, the generated current, generated torque, mechanical position and supply voltage values between phases are observed. The results of the three simulation mentioned above 2730

220 Modelling and Control Study of Surface Mounted Permanent Magnet Motor, M. Caner, S. Yalvaç are shown in Figs Compared to the motor plate values model with these results, it is seen that the motor current of 8.3 A rms and the nominal torque value of 7.16 Nm are compatible with the obtained graphs. In Fig. 7, the harmonic contents seen in the torque change is due to the motor not being fed from the ideal source but from the inverter bridge with 5kHz switching frequency. Fig. 5. Simulation results for the motor model inside the finite element software phase a phase b phase c phase currents (A) torque(nm) time (s) time (s) phase voltages(v) mechanical angle(deg) time (s) time (s) Fig. 6. Simulation results for the finite element motor model via Simulink Plug-in 2731

221 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey phase a phase b phase c phase currents (A) torque(nm) time (s) time (s) 80 instantaneus average phase voltages(v) mechanical angle(deg) time (s) time (s) Fig. 7. Simulation results for the finite element motor model via Simulink Plug-in with SVPWM switched driver 5. FIELD ORIENTED CONTROL OF THE MOTOR WITH PI The control simulation is performed by combining the separately obtained driver and motor models with the feedback vector control algorithm. Here, the average torque value can be adjusted according to the Iq reference value, which is the torque component of the current for the constant speed. The phase currents at the output of the motor are converted to dq currents by means of the electrical angle (2) and the PI control is applied. By using transformations, the two PID control signals at the output is used to generate the SVPWM signals. These signals are used to switch inverter to generate the 3 phase AC voltage (3). The field-oriented feedback control loop is setup in this way (Fig. 8). Using trial and error method PI parameters of the ideal type PI control algorithm is set to 100 and 50 respectively. Here, current and voltage are modified via tuning their dq axis components, the voltage and current results are different from previous simulation results. The PI control effect causes the torque value to reach the required reference value 5 times faster. A higher value was taken for the DC link voltage due to the back EMF induced in the windings which increases in direct proportion to rotor speed. In order to reduce this back-emf effect, field weakening was applied using negative Id reference. For this, the Idref value is taken as -3A. In addition to field weakening, the source feeding voltage determined by inverter DC link voltage has been chosen bigger than previous studies. Its value is 155 V. Simulation results has been summarize as four graphics in Fig. 9. Here, phase voltages have higher values from previous results, but currents have lower. The difference on currents and voltages can be explained with using modified feeding voltages which is obtained by tuning dq axis components. As a consequence of the PID control, the initial transients are observed to be considerably reduced in contrast to the previous ones in current waveforms. This shows that good control is provided. It is shown in the torque waveform that its value has been rapidly stabilized at the target value which is determined by Iq reference value. 2π 2π cos( ) cos( ) cos( ) Ia I wt wt wt + d Ib I = q 3 2π 2π sin( wt) sin( wt ) sin( wt ) + I c 3 3 V 2 2 a π π sin( ωt) sin( ωt ) sin( ωt+ ) Vd Vb = 3 2π 2π V cos( ) ( ) cos( ) q V ωt cos ωt ωt c (2) (3) 2732

222 Modelling and Control Study of Surface Mounted Permanent Magnet Motor, M. Caner, S. Yalvaç Fig. 8. Field oriented control loop with the embedded motor model and SVPWM switched inverter phase a phase b phase c phase currents (A) torque(nm) time (s) time (s) instantaneus average phase voltages(v) mechanical angle(deg) time (s) time (s) Fig. 9. Simulation results for the vector control system with embedded motor model and SVPWM switched driver 6. CONCLUSIONS A modeling application was held of an industrial surface mounted permanent magnet motor which has importance in terms of energy efficiency and precision, using the finite element software. The results of the test simulations which were close to the nominal values of torque and current on the motor label show the modelling effectiveness. In addition to open loop control, closed loop simulations have been carried out with the SVPWM based driver, since PMSM motors cannot be used without a drive. 2733

223 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17), October 2017, Elazığ, Turkey It is proved that the model can be embedded in the control application in matlab / simulink software. With the closed-loop FOC control simulation the motor has achieved maximum average torque capacity of 30Nm at 24 A Iq reference value. However, this value is given as 24.81A / 21.48Nm in the motor catalogue. The correctness of the model that must be done during the production phase depends on the correct use of the software. Such studies will contribute to awareness about finite element software. ACKNOWLEDGMENT The authors would like to thank Scientific and Technical Research Council of Turkey (TUBITAK) and BAP (16.KARİYER.193) project of the Afyon Kocatepe University for their support. REFERENCES [1] K. Boughrara, B. L. Chikouche, R. Ibtiouen, D. Zarko, and O. Touhami, Analytical model of slotted air-gap surface mounted permanent-magnet synchronous motor with magnet bars magnetized in the shifting direction, IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 2, pp , [2] H. Li and Z. Chen, Design optimization and site matching of direct-drive permanent magnet wind power generator systems, Renew. Energy, vol. 34, no. 4, pp , [3] M. Vidrih and D. Miljavec, Three-Dimensional Finite Element Modeling and Analysis of Spherical Induction Motor, pp [4] X. D. Sun, S. Luo, L. Chen, and Z. Bin Yang, Modeling and Finite Element Analysis of Suspension Force for a Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor, pp , [5] M. Tomas, P. Garcia, and J. E. Luyo, Modeling of Induction Motor Including the Saturation Effect Using the Finite Element Method, [6] A. Kolahdooz and M. Shakeri, A New BLDC Motor for Propulsion Application, vol. 5, no. September, pp , [7] S. T. Lee, F. Hall, and L. M. Tolbert, Analytical Method of Torque Calculation for Interior Permanent Magnet Synchronous Machines, no. 3, pp , [8] S. Mendaci, M. R. Mekideche, and H. Allag, Analytical Model of Radial Surface Permanent Magnet Synchronous Motor Dedicated to Optimal Design, vol. 4, no. July, pp , [9] S. M. M. Mirtalaei, B. Abdi, K. Shaloudegi, and R. Ghasemi, Design and Optimization of BLDC Generator for Wind Turbine Applications, vol. 5, no. March, pp , [10] A. Nekoubin, Performance Analysis of a Disc Type BLDC Motor for Electric Vehicles, Int. Rev. Electr. Eng., vol. 6, no. 2, pp , [11] S. Kreuawan, F. Gillon, and P. Brochet, Comparative study of design approach for electric machine in traction application, Int. Rev. Electr. Eng., vol. 3, no. May, pp , [12] M. Caner and C. Gerada, Injection Based Sensorless Performance Optimization of Surface Mounted Permanent Magnet Motor using Particle Swarm, no. 1, [13] M. Caner, C. Gerada, and G. Asher, Permanent magnet machine design trade-offs to achieve sensorless control at high load, COMPEL - Int. J. Comput. Math. Electr. Electron. Eng., vol. 34, no. 1, pp , Jan [14] M. Caner, C. Gerada, and G. Asher, Permanent Magnet Motor Design Optimisation for Sensorless Control, no. September, pp. 8 10,

224 Development of a Novel Monitoring and Control Software For Electronic Device Testing and Analysis Purposes Y. Karadeniz 1, H. Küçük 2,* 1 Department of Mechatronics Educations, Faculty of Technology, Marmara University, İstanbul, Turkey 2 Department of Electrical-Electronics Engineering, Faculty of Engineering, Marmara University, İstanbul, Turkey Abstract A flexible high level control software was developed, The control software can communicate with any device with COM PORT, TCP/IP, UDP, SNMP protocols, allowing easy change, save and recall of communication parameters. The control interface also can send and display ASCII and HEX data array. The software can store the sent and received log data with date and explanation information packets and helps with checksum account for the sent packet. The control software incorporatesdecimal and Hex conversions and can store the commands with relative storage of information, while allowing script testing of the system. Keywords: communication, device test, COM PORT, TCP/IP, UDP. SNMP 1. GİRİŞ Bilgisayar, akıllı telefon gibi bir kontrol noktasından çok farklı tipte sistemlerin kontrol edilmesi artık teknolojinin en temel unsurlarından biridir. (Şekil 1) [1,2,3,4] Elektronik bir cihaz geliştirenler, ilgili sistemeyönelik SNMP [5,6], SCPI [7], VISA [8,9],veya kendi tanımladıkları ASCII, binary bir uzaktan kontrol protokolü kullanarak bir komut dizini geliştirmek durumundadır. Ancak bu adımdan sonra cihazın parametrelerini komutlar üzerinden görüntüleme ve değiştirme imkanı söz konusu olabilmektedir. Şekil. 1.Uzaktan kontrol uygulamaları * Corresponding author. Tel.: / 651 : fax: address: (H. Küçük). Cihazların kontrol ve monitör edilebilmesi için öncelikle cihazların komut kümesinin anlaşılması ve test edilmesi gereklidir.[8,9] Ardından cihazla haberleşebilmek ve komut gönderebilmek için bir program yazılmalıdır. Bu işlemi gerçekleştirebilecekpekçok hazır programmevcuttur [10], ancak cihazın komutları üzerinde çalışma sürecinde çok ihtiyaç duyulan bazı önemli özellikler bu hazır programlarda mevcut olmadığından farklı programlar ve yöntemlerle bu açıklar kapatılmak zorunda kalınmaktadır. 2735

225 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Her bir cihaz için komut kümesinin kaydedilmesi, checkum hesabı [11,12], komutlar üzerinde byte seviyesinde çalışma yapılması [13,14,15], komuta açıklama yazma, komutu çoğaltma, gelen byte dizisinin analiz edilmesi, her bir byte için bitlerin direk görüntülenmesi [15] ve loglama önemli ihtiyaçlar olarak sıralanabilir. Bu eksiklerin özellikle laboratuvar ortamlarındaçeşitli cihazlarla çalışmak zorunda olan araştırmacıların cihaz adaptasyonunun uzun süreler alması sebebiyle zorluklar yaşaması, bir projede çalışan bireylerin elde ettikleri birikimin diğer araştırmacılaraaktarılamaması,gibi problemlere sebep olduğu görülmüştür. [16,17] 2. MEVCUT PROGRAMLARIN İRDELENMESİ Bu kısımda, içerisinde firmware bulunan bir cihazla haberleşme gerektiğinde, yaygınlıklarından dolayı geliştiricilerin hızlıca ulaştıkları ve dolayısı ile yaygın kullanımlı bir kaç program incelenecektir. Bu programlar belirli bir amaca yönelik yazıldığından, her birinin kendine özgü bir yapısı ve avantajlı özellikleri bulunmaktadır. Fakat bir geliştiricinin ihtiyaç duyduğu bir çok özellik bu programlarda henüz mevcut değildir Hercules Hercules HW-Group [18] adlı IP arayüzlü sensörler üreten bir firmanın geliştirdiği oldukça basit ama kullanışlı bir programdır. Şekil. 2.Hercules arayüzü Programın arayüzünden de anlaşılacağı üzere, seri port haberleşme, UDP haberleşme, TCP Client ve Server [19,20] olarak kullanılabilme gibi özellikleri mevcuttur. Bağlantı sağlandıktan sonra text kutusuna yazılan mesajlar karşıya gönderilmekte, mesajlar hekzadesimal olarak da yazılabilmektedir. Programın kendisi hem client, hem de server olarak çalışabilmektedir. Programda her bir özellik ayrı bir sekmededir. Örneğin com port haberleşmesi yapılacaksa Serial Port sekmesi seçilir. Her bir sekmede ilgili bağlantı parametreleri mevcuttur. IP, Port gibi parametreler girilip bağlantı başlatılır. Komut gönderimi birer satırdan ibaret üç adet text kutusu üzerinden yapılır. Bunların HEX olarak gönderme seçeneği de mevcuttur. Yani hem ASCII hem HEX komut gönderilebilir. Enter a basıldığında komut gönderilmez. Send butonuna basma zorunluluğu vardır. Program TCP Server sekmesinde Listen seçimiyle belirtilen port üzerinden server olarak dinlemeye, bir bağlantı beklemeye başlar (Şekil 3), ve bu örnekte port 23 olarak görülmektedir. Hercules programı çalışırken, ikinci bir Hercules programı açılıp client olarak kullanılabilir. Bunun için program açıldıktan sonra TCP Client sekmesi kullanılmaktadır. IP ve Port 23 olarak seçilip Connect ileana Hercules programına bağlanılmış olur. Artık client üzerinden servera veri göndermek mümkün hale gelmiştir.şekil 3 deki örnekte, ilk olarak test mesajı gönderilmekte ve alınmaktadır. İkinci satırda ise 0A0D HEX mesajı gönderilmiştir. Bu mesaj aslında yeni satır (newline) karakterini içermektedir. Önce test, ardından HEX seçili olarak 0A0D ve ardından iki kez a b c d ve sonra gönderildiğinde sonuç ekranı görülmektedir (Şekil 3). 2736

226 Development of a Novel Monitoring and Control Software for Electronic Device Testing and Analysis Purposes, Y. Karadeniz and H. Küçük Şekil. 3.Hercules örnek uygulama 2.2. Hyperterminal Hyperterminal [21] ilk olarak Windows 95 ile beraber kullanılmaya başlamıştır. Ancak Windows Vista ile birlikte kaldırılmıştır. Her ne kadar kaldırılsa da, Windows XP nin Windows/System32 klasöründe mevcut iki adet dosyadan ( hypertrm.dll, hypertrm.exe) ibaret bir uygulama olduğundan, buradan kopyalanarak Windows 10 üzerinde de kullanılabilmektedir. Hyperterminal COM port üzerinden bir haberleşme gerekliliği söz konusu olduğunda akla ilk gelen programdır [2].Program açıldığında bir bağlantı tanımlaması ister. Aşağıda pencerede görüldüğü gibi bu bağlantıya bir isim verilip, bağlantının tipi ve detayları belirtilir (Şekil 4). Bu bağlantı bilgileri bir dosyaya kaydedilir ve bir daha bağlantı kurulması gerektiğinde aynı bilgilerin tekrar girilmesine gerek kalmaz. Yapılması gereken sadece ilgili dosyanın açılmasıdır. Şekil. 4.Hyperterminal örnek uygulama 2.3. Putty 1999 da Simon Tatham tarafından geliştirilen, SCP, SSH, Telnet, Serial Port ve raw socket desteği olan bir programdır [10] (Şekil 5). Uzaktan Linux tabanlı terminal olarak bağlanmak gerektiğinde en sık kullanılan uygulamadır. 2737

227 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Şekil. 5.Putty örnek uygulama 2.4. Mevcut Programların Eksiklikleri Cihazların komutlarını kaydetme ve düzenleme ile ilgili bir özellik halihazırdaki programlarda mevcut değildir. Öte yandan geliştiriciler, sürekli farklı komutları denemek ve doğru çalışıp çalışmadığından emin olmak durumundadır. Bu komutları tekrarlı kullanım gerekli olabilir. Fakat, mevcut programlarla çalıştıklarında, geliştiriciler komutları ayrı bir text dosyasında saklamak ve bir komutu kullanmak gerektiğinde, o dosyayı bulup, açıp, bu dosyadan komutu hatırlayıp yazarak veya kopyalayıp yapıştırarak haberleşme ve test sürecine devam etmek durumundadırlar. Bu koşullar altında, komutların nasıl saklanacağı her geliştiricinin kendisinin çözmesi gereken bir sorundur. Bütün bu işlemler ciddi zaman kaybına neden olabilmektedir. Geliştirici komut protokolüne bağlı olarak, kimi zaman bir byte dizisinin checksum sonucunu hesaplayıp bu sonucu protokolle belirtilen şekilde komut paketine dahil ederek cihaza göndermek durumundadır. Mevcut programların hiçbirinde checksum hesabı yoktur. Geliştirici bunu, farklı kaynaklar kullanarak çözmek durumundadır. Cihaza komut başarılı bir şekilde gönderilip, cevap geldiğinde, geliştiricinin cevabı analiz etmesi gerekmektedir. Bu noktada, gelen cevabın hem hekzadesimal, ve hem de ASCII formatta aynı anda görülebilmesi, gelen cevabın byte dizisi şeklinde yazdırılması, herhangi bir byte incelendiğinde kaçıncı byte olduğunun bilinmesi, byte ın bitlerinin anında görülebilmesi gibi ihtiyaçlar söz konusu olabilir. Mevcut programlar bu tip ihtiyaçları karşılamada oldukça yetersizdir. Gelen cevap alınır ve genellikle ayrı bir ortamda analiz edililir. Mevcut programlarda, komutlar kayıt edilmediğinden, komut paketlerini belirli zaman aralıklarında cihaza tekrarlı göndermek gibi bir uygulama söz konusu değildir. 3. YENİ BİR HABERLEŞME YAZILIMININ GELİŞTİRİLMESİ Farklı tipte cihazlarla sürekli haberleşme yapılması ve komutların test edilmesi gerektiğinde aşağıdaki özelliklere sahip bir program geliştirilmesi, çalışma verimliliğini artırmaktır. Her bir cihazın komutlarının ve bağlantı ayarlarının daha sonra kolaylıkla açılabilecek şekilde saklanması Komutlar üzerinde rahatlıkla değişiklik yapılarak farklı komutların hızlı bir şekilde test edilebilmesi Komut paketlerinin checksum hesaplarının program içerisinde yapılarak başka programlara ihtiyaç duyulmaması Gelen cevapların HEX, ASCII formatlarında görüntülenmesi. Gelen cevapların her bir byte bilgisinin bütün bitlerinin ve bir byte bilgisinin kaçıncı byte olduğunun anında görüntülenebilmesi Bir byte dizisinin farklı checksum tiplerine göre checksum hesabının hızlıca yapılabilmesi Bu projede geliştirilen DeviceTester yazılımla, herhangi bir cihaza gönderilecek olan komut listesi bir text dosyasında XML formatında saklanmaktadır. Cihaz üzerinde çalışılması gerektiğinde ilgili cihazın komut listesini içeren dosya yüklenmektedir. Yükleme işleminden sonra komut listesi bir grid üzerinde görüntülenir. Cihaza gönderilecek olan komut seçilir. Gönder butonuna basıldığında komut cihaza TCP Client sınıfı kullanılarak gönderilir. Gönderme işlemi bağlantı tipine göre gerçekleşir. Varsayılan bağlantı tipi TCPIPStandard şeklindedir. Bu bağlantı tipinde gönderme seçiminden sonra bağlantı açılır, paket 2738

228 Development of a Novel Monitoring and Control Software for Electronic Device Testing and Analysis Purposes, Y. Karadeniz and H. Küçük gönderilir ve ardından bağlantı kapatılır. Bağlantının her komut gönderme işleminde açılıp kapatılmasının en büyük avantajı, bağlantı ile cihazın meşgul edilmemesidir. DeviceTester üzerinden bağlantı açıldığında, başka bir program üzerinden cihaza komut gönderilemez. Genelde cihazlarla çalışma esnasında iki programla cihaza komut gönderme durumu yaşanabilir. Bunlardan birisi örneğin cihazı üreten firma tarafından verilen cihazın kontrol programı olabilir. Ancak gerekli olduğunda sürekli bağlı çalışabilmek için TCPIPConnected şeklinde bağlantı da mümkündür. Bu yöntem seçildiğinde Connect seçeneği ile önce bağlantı gerçekleştirilmeli, komut gönderme işlemleri bittikten sonra Disconnect yapılmalıdır. Diğer bağlantı protokolleri UDP ve COMPort tur. Komutlar HEX formatında, boşluk bırakılarak yazılır (Örneğin 02 0D 1A ). ASCII formatta yazılırsa, örneğin GET_STATUS? komut gönderilmeden önce Command is ASCII seçilmelidir. Program ekranında görüldüğü gibi aslında bir string olan komut paketini byte dizisine çevirerek karşıya gönderir. Cevap alındıktan sonra HEX ve ASCII formatlarda görselleştirir. Save Log To Text File seçili ise gönderme zamanı, gönderilen komut paketi, gelen cevap, bir text dosyasına yazdırılır (Şekil 6). Tüm bu işlemler aşağıdaki şekilde özetlenebilir. XML DOSYASI İLE İLGİLİ İŞLEMLER Dosyanın Yapısı Dosyanın Oluşturulması ve Güncellenmesi Dosyanın Yüklenmesi KOMUT PAKETİNİN CİHAZA GÖNDERİLMESİ String şeklindeki komut paketinin byte dizisine dönüştürülmesi Bağlantı tipine göre komutun gönderilmesi(tcp, UDP, Serial, SNMP.) GELEN CEVABIN GÖSTERİMİ Cevabın HEX ve ASCII formatta gösterimi Her bir byte seçildiğinde o byte için bitlerin gösterimi Şekil. 6. Program çalışma akışı Diğer programlarla kıyaslandığında komut yönetimi, haberleşme ve gelen datanın analizi şeklinde üç katmandan oluşan bir program yazılmıştır. Haberleşme katmanı diğer programların yaptığı işi gerçekleştirir. Komutların yönetimi ve gelen datanın analizi katmanlarında, yukarıda listelenen özellikler mevcuttur. Geliştirilen programın ana ekranı, yeni bir dosya oluşturulması, checksum hesaplayıcısı vekomutlar üzerinde daha kolay çalışma yapılabilen Command Workbench Şekil 7 de görülmektedir. 2739

229 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey (a) (b) (c) Şekil. 7.DeviceTester Yazılımı (a) ana ekran, (b) yeni bir dosya oluşturulması, (c) checksum hesaplayıcı, (d) command workbench 4. SONUÇLAR Çeşitli uygulamaları hızlı bir şekilde gerçekleştiren, cihaz üzerinde sistematik çalışma imkanı veren, bilgi birikimi oluşturma ve paylaşmaya uygun, cihazla haberleşme konusunda çalışmaya yeni başlayanların konuya kısa süreden hakim olabilmesini sağlayabilecek özelliklerde bir DeviceTester yazılımı geliştirilmiştir. Çalışmanın ileriki aşamalarında, Python kullanılarak checksum hesabı, komut bytelarının oluşturulması gibi işlemlerin yapılması hedeflenmektedir. Böylece kullanıcının yazdığı Python scriptlerle gerçekleştirdiği işlemleri özelleştirebilmesi sağlanacaktır. Zamana bağlı komut gönderme konusunda programın geliştirilmesi hedeflenmektedir. Uzun vadede programa dinamik bir arayüz desteği, komutların buluta gönderilerek otomatik dökümantasyon ve paylaşım özelliklerinin eklenmesi hedeflenmektedir. KAYNAKLAR [1] China National Knowledge Infrastracture web site, Interface Based on PIC18F4580, 2017, (online), Available: [2] Parab, J., Shelake, V., Kamat, R, Naik, G., Hyperterminal-Based Control. Exploring C for Microcontrollers: A Hands on Approach, (69-83), Springer, [3] Aziz, N. H. A., Othman, K. A., Sarnin, S. S., & Ali, Y. I. M., Wireless System for Temperature Monitoring in Oil Palm Bio-laboratory, Fifth International Conference on MEMS, NANO, and Smart Systems (ICMENS), Dubai United Arab Emirates Dec., p , 2009 [4] China National Knowledge Infrastracture web site, Based on ARM7-μCLinux and use hyperterminal to monitor twoway voltage parameters, (2017), (online), Available: GWDZ htm [5] Chen, K., Ma, Y., Y., Implementation of Remote Monitoring System Based on SNMP Protocol and Virtual Instrument for Shipborned Equipments in TT&C, Advanced Materials Research, 566; , [6] Jones, K.,Network management in the world of standards: The role of the snmp protocol in managing networks, International Journal of Network Management, 1(1); 5-13, [7] MathWorks website, Using SCPI Commands From MatLab, (2017), (online), Available: https://www.mathworks.com/products/instrument/supported/scpi.html [8] National Instruments web site, (2017), (online), Available: [9] National Instruments web site, (2017), (online), Available: (d) 2740

230 Development of a Novel Monitoring and Control Software for Electronic Device Testing and Analysis Purposes, Y. Karadeniz and H. Küçük [10] Putty official website, online, (2017), Available: [11] Code Project web site, Hasan T., How To Calculate CRC in C#, (2017), (online), Available: https://www.codeproject.com/articles/35134/how-to-calculate-a-crc-in-csharp [12] CRC Calculator, (2017), (online), Available: https://www.lammertbies.nl/comm/info/crc-calculation.html [13] Microsoft web site, (2017), (online), https://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb aspx [14] Microsoft web site, (2017), (online), https://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb aspx [15] McMillan, M., Data Structures and Algorithms Using C#, Cambridge University Press, [16] Chen, S. H., Chen, R., Ramakrishnan, V., Hu, S. Y., Zhuang, Y. K. C. C., Ko, C. C., & Chen, B. M., Development of remote laboratory experimentation through Internet. Proceedings of the 1999 IEEE Hong Kong Symposium on Robotics and Control, Hong Kong, 2-3 July, p , [17] Marques, R., Rocha, J., Rafael, S., Design and implementation of a reconfigurable remote laboratory, using oscilloscope/plc network for WWW access. IEEE Transactions on Industrial Electronics 55(6); , [18] HW-Group website, (2017), (online), Available: [19] Blum, R.,C# Network Programming, Transcend Technique, [20] Makofske, D.B., Donahoo, M.J., Calvert, K.L., TCP/IP Sockets in C#, Practical Guide For Programmers, Elsevier, [21] Microsoft website, (2017), (online), Available: https://technet.microsoft.com/en-us/library/bb aspx 2741

231 Design and Production of a Multi-Axis CNC WorkCenter with a Vision Aided Robotic Part Manipulation System Z. S. Arseven 1, H. Küçük 2,* 1 Department of Mechatronics Education, Faculty of Technology, Marmara University, İstanbul, Turkey 2 Department of Electrical-Electronics Engineering, Faculty of Engineering, Marmara University, İstanbul, Turkey Abstract Due to increasing competition in mass production in metal sector, companies have to improve their quality by reducing production time while decreasing the cost, continuously. Alternative to universal CNC machines, demand for CNC transfer machines that can work at high speeds for special production purposes and for prescribed number of mass production has been increased. The competiton has motivated loading of these machines with robotic systems as well. Considering thousands of parts to be machined in a shift, transporting parts to the robots working area is an important job. In this work, a CNC transfer machine which can manufacture three type of tap parts with ±0,01mm tolerance in 8-11 second cycle times was designed and produced. Besides with adapting robotic automation a vision based part feeding was also adapted into the system. Keywords: CNC, transfer machine, robot, vision, manipulation. 1. GİRİŞ Son yıllarda gittikçe hızlanan teknolojik gelişmeler ve gelişmelerin üreticiler için daha kolay ulaşılabilir hale gelmesi hem Türkiye de hem de Dünya nın pek çok ülkesinde son teknoloji donanım ve yazılıma sahip, yüksek hız ve hassasiyette üretim yapabilen seri imalat makinelerine olan talebi arttırmıştır. Artan rekabet ortamında, üretici firmaların daha kaliteli üretimi, daha kısa zamanda ve daha ekonomik metotlarla gerçekleştirmeleri gerekmektedir. Bu bağlamda CNC transfer makineleri de imalat sektöründe kritik hale gelmiş ve imalatın geliştirilebilmesinde önemli bir faktör olmuştur. CNC transfer makineleri, yüksek kapasitede üretimler için tasarlanan, döner bir tambur üzerine eşit açılarla parçaların bağlandığı, her istasyonda ayrı bir operasyonun gerçekleşmesiyle, delik delme, tornalama, frezeleme, diş çekme, iç ve dış kanal açma, raybalama gibi operasyonları yapılabilen, programlanabilir mantıksal denetleyici sistemi ve hareket kontrolü ile kumanda edilen hassas talaş kaldırma makineleridir. Seri imalat parça üretiminde, transfer makinelerini üniversal tezgahlardan farklı kılan en belirgin üstünlüğü, talaş kaldırma işlem sıralama metodudur. Üniversal tezgahlarda (CNC torna, dik işleme merkezi, yatay işleme merkezi vb.) parça üzerindeki talaş kaldırma işlemlerinin birbiri ardına eklenmesi sureti ve eksen farklılıklarında parçanın işlenmesi gereken eksene sökülüp takılması esasına dayalı çalışma prensibine karşın, transfer makinelerinde parça üzerindeki ve talaş kaldırma işlem gerekliliği olan tüm eksenlerdeki operasyonların tambur sistemi sayesinde aynı anda yapılabilmesi, ayrıca üniversal tezgahlarda parça yükle boşalt zamanında tezgahın boşta beklemesi, transferlerde ise bu parça yükleme ya da boşaltma işleminin diğer operasyonların işlem süreci içinde yapılabilmesi, transfer makinelerini üniversal tezgahlardan üstün kılmaktadır. Ayrıca transfer makinelerinde, parçadaki farklı eksenlerin tezgaha uygun hale getirilmesi değil, * Corresponding author. Tel.: / 651 : fax: address: (H. Küçük). 2742

232 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey ünitelerin parça üzerindeki işlem gerektiren eksenlere yerleştirilmesi metodu, parçaların tek bağlamada tüm operasyonlarının bitirilmesinin sağlanması, üniversal metotlardaki eksen değişiklikleri için parça sökülüp takılmasındaki insan hatalarını da ortadan kaldırarak, çok düşük toleranslar içinde, çok hassas parçaların da seri üretiminin yapılabilmesini sağlamaktadır. Transfer makinelerinin, seri üretim parçalarında, üzerindeki operasyon sayısıyla doğrudan bağlantılı olarak 10 üniversal tezgahın üretim kapasitelerinin toplamı kadar üretimi tek başına bir insan ya da sadece robot kullanarak en ekonomik ve 0,001 mm ye kadar hassas biçimde üretebilme kabiliyetine sahip olmaları, tercih edilmelerinde en önemli sebeplerdendir. CNC transfer makinelerinin üniversal tezgahlara göre en büyük dezavantajı işe parçaya özel tasarım olmasından ötürü işin bitmesi halinde genellikle atıl duruma düşebilmesidir.cnc transfer makineleri, çok eksenli, çok fener milli, işe ve parçaya özel, hassas üretim ile yüksek kapasiteli, oldukça kısa üretim sürelerine sahip, çok varyasyonlu işlem yapabilen, ihtiyaca göre 3-16 arasında değişen istasyon sayısında üretilebilen, döner bir tambur üzerine eşit açılarla parçaların bağlandığı, her istasyonda ayrı bir operasyonun gerçekleşmesini sağlayan, delik delme, tornalama, frezeleme, diş çekme, iç ve dış kanal açma, raybalama gibi operasyonlar yapılabilen, PLC sistemi ve hareket kontrolör ile kumanda edilen makinelerdir li yıllardan beri üretilmekte olan transfer makineleri, Genellikle pirinç, alüminyum, çelik malzemelerin seri imalatında, otomotiv sanayi, sıhhi tesisat ekipmanları, gaz armatürleri, mobilya aksesuarları vb. tüm yüksek adetli üretim gerçekleştiren fabrikalar tarafından tercih edilen makinelerdir. Ancak özellikle 2000 li yıllarda hidrolik transfer makinelerinden çok, yüksek hassasiyette üretim yapabilen CNC transfer makinelerine ilgi oldukça artmıştır. Aynı parçanın farklı modelini üretebilen transfer makinesi maliyeti üzerine yapılan optimizasyon çalışması [1], Honda nın silindir kafaları için geliştirdiği transfer makinesi [2], çalışma alanı, işleme maliyeti ve atıl durmayı azaltıcı yönde optimum proses planlama [3], paralel parça imalatı [4], sonlu elemanlar yöntemi ile dinamik analiz [5], rekonfigüre edilebilen transfer makinesi [6] bu konuda yakın zamandaki gelişmeleri göstermektedir. Bu çalışmanın konusu ve amacı seri imalat yapan firmalar için geliştirilmiş olan son teknoloji kullanılarak üretilecek olan CNC transfer makinesinin, besleme grubunun ve robotik otomasyonunun, tasarım üretim ve yazılım aşamalarındaki tüm yenilikçi yönlerini gözlemlemek, hali hazırda kullanılmakta olan sistemlere göre alternatif geliştirilen yönlerini ortaya çıkarmaktır. Projede üç adet musluk tipinin tüm işlemlerini tek bağlamada tamamlayacak oldukça yüksek hız ve hassasiyette çalışacak bir CNC transfer makinesinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca makinenin ayrıcalıklı özellikleri, 0,75 m 3 silo alanı bulunan, yaklaşık 2000 adet malzeme alabilen, 8 saat boyunca müdahaleye gerek duymadan robotik besleme alanına parça yükleyen bir silo sistemine ve kamera ile görüntü işleme metodu kullanarak hem makineye malzeme besleyen hem de malzemenin kalite kontrolünü gerçekleştiren bir robotik otomasyon sistemine sahip olmasıdır. 2. SİSTEM TASARIM VE ÜRETIMI Projede üç tip (a) çamaşır, (b) uzun, (c) klozet musluğu malzemesi için gerekli tüm işlemleri tek bir makinede gerçekleyebilen bir CNC transfer makinesi tasarlanmıştır (Şekil 1). (a) çamaşırmusluğu (b) uzun musluk (c) klozet musluğu Şekil. 1.Transfer makinesinin üreteceği musluk tiplerinin ham ve işlenmiş hali (a) Çamaşır, (b) uzun musluk, (c) klozet musluğu Makinede üç adet torna ünitesi, üç adet açar kafa ünitesi, dört adet işleme merkezi torna ünitesi, dört adet işleme merkezi diş çekme ünitesi, bir adet pozisyon çevirme ünitesi kullanılmıştır. Makinede sağ sol işlem dağılımı aşağıdaki şekilde planlanmıştır; sol tarafta, tesisat bağlantı deliği delme işlemi için torna matkap, tesisat bağlantı tarafı final figür işleme işlemi için torna, diş dibi kanalı için bir açar kafa, diş çekme ünitesi. Sağ tarafta delik delme işlemi bir matkap, 180 çevirme için bir pozisyon çevirme ünitesi, su yolu tarafı final figür işleme için bir torna ünitesi, su yolu tarafı diş dibi için bir kanal açma kafa ünitesi, su yolu tarafı için bir diş çekme ünitesi şeklindedir. Çevre tarafta salmastra yuvası deliği delme işlemi için bir matkap, bir işleme merkezi torna ünitesi ile musluklarda form takım kullanılarak salmastra yuvası final figür işleme işlemi, bir işleme merkezi diş çekme ünitesi ile musluklarda kılavuz kullanılarak salmastra yuvası dişi çekme işlemi, bir işleme merkezi torna ünitesi ile pozisyonu çevrilmiş olan taharet musluğunda bulunan su gagası işleme 2743

233 Design and Production of a Multi-Axis CNC WorkCenter with a Vision Aided Robotic Part Manipulation System, Z. S. Arseven, H. Küçük işlemi, bir işleme merkezi diş çekme ünitesi ile pozisyonu çevrilmiş olan taharet musluğunda bulunan su gagası diş çekme işlemi, bir açar kafa ünitesi ile pozisyonu çevrilmiş olan taharet musluğunda su gagası tarafı diş dibi düzeltme işlemi gerçekleştirmek üzere tasarlanmıştır. Ünitelerin yerleştirilmesi sonucu makinenin 10 istasyon olması gerektiği ortaya çıkmıştır. Tamburun 1/101 redüksiyon oranı ile ve 3,5 kw servo motor tahrikiyle çalışması öngörülmüştür.talaş kaldırma pasoları göz önüne alınarak gerekli momentleri karşılayacak şekilde 5 adet 0,75 kw, 15 adet frenli 0,75 kw, 19 adet 1 kw, 5 adet 3,5 kw servo motor, 4 adet 2,2 kw 1500 rpm, 7 adet 3 kw 1500 rpm asenkron motor kullanılmıştır. Makinede toplamda 44 eksen servo motor kullanılmıştır.cnc transfer makinesinin tüm elemanları belirlendikten ve gövde, tambur, çene, ayna nihai montaj resmi Şekil 2 de gösterilmektedir Sistem Tasarımı Şekil İstasyonlu CNC Transfer Makinesi Makine gövdesi tambur boyutlarına, hazırlanmış olan ünite dizilimi, boyutları ve hareket mesafeleri göz önüne alınacak şekilde 674 mm eninde ve 1811 mm boyunda, 10 istasyonlu olarak tasarlanmıştır. Şekil 3a da tasarlanmış olan gövde çizimi bulunmaktadır. Tambur sistemi (Şekil3b), GGG60 sfero döküm malzemeden, dikey eksende çalışan, 10 istasyonlu, tek taraftan yataklı, servo motor tahrikli, hidrolik kilitlemeli indeks dişli sistemi özelliklerine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. (a) Gövde(b) Tambur Şekil. 3.Döner Kafa Tasarımı Parçanın sıkılmasında kullanılmakta olan tutucu grubunda, hidrolik tahrikli 19 mm aç kapa mesafesi bulunan, paralel ayaklı, merkezden sıkan, maksimum 2700 Kg sıkma kuvvetine sahip aynalar kullanılmıştır. Bu aynaların her birinde, üzerine parça figürü 3 boyutlu olarak işlenmiş çift yumuşak ayak çene grubu bulunmaktadır. Sayıları tambur istasyon sayısına eşit olmak zorunda olan 10 adet ayna için toplam 20 adet yumuşak ayak parçası kullanılmıştır (Şekil 4). 2744

234 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey a) Çamaşır Musluğu (b) Uzun Musluk (c) Klozet Musluğu Musluk Parçası Çene tasarımı Çene ve Ayna Montajı (d) Şekil. 4. Farklı musluklar için (a,b,c) Çene Tasarımı, Çene ve Ayna Montajı, (d) Çamaşır Musluğu için Çene ve Aynaların Tambur Montajı Projede üç tip musluk malzemesinin tüm gerekli işlemlerini tamamlamak için torna ünitesi, işleme merkezi torna ünitesi, işleme merkezi diş çekme ünitesi, açar kafa ünitesi ve pozisyon çevirme ünitesi kullanılmıştır.makine üzerine her biri 1 adet AC Motor ve 1 adet Servo motordan oluşan aralıklı delik açma amaçlı 3 adet torna ünitesi yerleştirilmiştir (Şekil 5a). 19 farklı koordinata, 4 farklı hareket ile gezinebilen delik veya kanal açma işlemlerini yapabilen 3 adet servo motor ve 1 adet AC spindle dan oluşan4 adet işleme merkez torna ünitesi yerleştirilmiştir (Şekil 5b). İşleme merkezli diş çekme ünitesi herhangi bir X,Y koordinatında pafta veya klavuz ile diş açma işlemi yapabilmektedir (Şekil 5c). Ünitede 4 adet servo motor bulunmaktadır. 2 adet servo motor X ve Y eksenini kontrol etmektedir. Pafta Z ekseni parça üzerinde dikey hareket yapar ve servo motor ile kontrol edilir. Fener mili ekseni de Z eksen ile eşzamanlı çalıştığından dolayı servo motor ile kumanda edilmektedir.x,y eksenlerinde parça üzerinde yatay hareket gerçekleştirilirken, ünite üzerinde 19 farklı konumda işlem yapmak mümkündür. Bu makinede 4 adet işleme merkezi diş çekme ünitesi kullanılmıştır. Açar kafa ünitesinde, parça üzerinde kanal açma işlemi yapılmaktadır (Şekil 5d). Ünitede 2 adet servo motor ve 1 adet AC motor bulunmaktadır. Servo motorlar Z ve Y ekseninde doğrusal hareket yapmaktadır. AC motor fener mili(döner) hareketi gerçekleştirmektedir. Z ekseninde parça üzerine yatay hareket gerçekleştirilirken, Y ekseninde parça üzerinde dikey hareket gerçekleştirilerek parça üzerinde açılmak istenen derinlik kadar ilerleme sağlanabilmektedir.bu makinede 3 adet açar kafa ünitesi kullanılmıştır. Pozisyon değiştirme ünitesinde ayna üzerindeki parçanın döndürülme işlemi yapılmaktadır (Şekil 5e). Pozisyon değiştirme ünitesinde 2 adet servo motor ve 1 adet gripper mevcuttur. Servo motorlardan bir tanesi Z ekseninde doğrusal hareket yapmakta, diğer servo motor ise açısal hareket yapmaktadır. Bu makinede 1 adet pozisyon değiştirme ünitesi kullanılmıştır. 2745

235 Design and Production of a Multi-Axis CNC WorkCenter with a Vision Aided Robotic Part Manipulation System, Z. S. Arseven, H. Küçük (a) Torna Ünitesi (b) Tornaİşleme Merkezi (c) Diş Çekme Ünitesi (d) Açar Kafa Ünitesi (e) Pozisyon Değiştirme Ünitesi Şekil. 5. İşleme Ünite Elemanları Tasarımı 2.2. Bor Yağı Tank Tasarımı Çoklu işlemlerle oluşan takım ısısının düşürülmesi ve kesici takım kesme performanslarının artırılması için 500 litre kapasiteli bor yağ tankı kasası tasarlanmıştır Silo Sistemi Tasarımı Silo sisteminde yaklaşık 8 saat boyunca malzeme temini sağlayan kazan bölümü, 0,75 m 3 hacminde silo alanı ve malzemelerin vibratöre dökülmesini sağlayan iki kademeli asansör sistemi bulunması planlanmaktadır.malzeme dolu kazan silo sisteminin arkasına operatör tarafından konulur. Kazandaki malzeme asansör sistemine geçmeden önceki bekleme alanına sistem üzerindeki kazan devirme geri/ileri anahtarı çevrilerek otomatik olarak dökülecek ve bekleme alanındaki malzemeyi önce birinci asansöre, sonra birinci asansörün bittiği yerden başlayan ve vibrasyon kutusuna dökme kaydırağına kadar ilerleyen ikinci asansöre malzemeyi dökerek malzemelerin yığma işlemini gerçekleştirecek şekilde tasarlanmıştır(şekil6). Kazan devirme işlemi için asansör kabini, dökülen tüm malzemenin belirli bir alan içinde kalmasını sağlayan düşme hunisi, asansörün içerisinde yükseldiği ve üzerindeki pencereden parça dökmenin yapıldığı dış kova, dökülen malzemeyi birinci palete dökmek için 60 açılı perde, malzemelerin dökülme alanlarını birbirlerinden ayırmak için perde, dökülen malzemelerin birinci palet alanına ulaşmasını sağlamak amacıyla perde kazan, döküm alanına malzeme taşımak için ortadan silindir tahrikli palet, tüm sistemi taşıyan devirme iskeleti, paletin yükselttiği parçaları vibratöre döken kaydırak, zemine sabitleme için alt plaka, üzerinde vibrasyon kutusu ve konveyör bant sistemi bulunan seviye ayarlı sehpa parçalarından oluşmaktadır. Şekil. 6. Silo Tasarımı 2746

236 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey 2.4. Robotik Sistemi Tasarımı Projede, üç adet farklı ebatlardaki musluk tipinin işlenmesi için kameralı robotik manipülasyon uygulaması tasarlanmıştır. Projede Robotik manipülatörden beklenen, makinede işlenecek olan 3 tip musluğu makinenin işlem süresi kadar bir sürede besleyebilmesidir. İşlem süresi uzun musluk için 9 s/adet, çamaşır musluğu için 11 s/adet ve taharet musluğu için 8 s/adet şeklindedir ve bu kriterlere uygun besleme yapabilecek Mitsubishi RV-6SDL model 6 eksen endüstriyel robot seçilmiştir. Mitsubishi endüstriyel robotun programlanmasında Mitsubishi RT Toolbox 2 ara yüz programı kullanılmıştır. Parça tanıma amaçlı görüntü işleme uygulamasının gerçekleştirilebilmesi için 102 FPS hızında ve 800x600 çözünürlüklü Cognex 7050 model dijital kamera seçilmiştir. Kamera programlanmasında Mitsubishi robot ile haberleşebilmek için Cognex In Sight Explorer programı kullanılmıştır Robotik Tutucu Tasarımı Projede üç tip musluk için üç adet robot parmak tutucu grubu tasarlanmıştır. Tutucu tasarımında parçaların yüzey geometrisi esas alınarak boşluklu bir tutuşu önleyecek ve tekrarlı bir şekilde sıkı tutma sağlayacak tasarımlar gerçekleştirilmiştir (Şekil 7). Tasarlanan parmaklar işlenmiş malzemeyi makine çenesinden alarak 40 cm gerideki boşaltma kovasına bırakma amaçlıdır. Çamaşır Musluğu Uzun Musluk Klozet Musluğu Ham Ürün Tutucu İşlenmiş Ürün Tutucu Monte Edilmiş Ürün Tutucu Grupları 2.6. Görüntü İşleme Işık Tasarımı Şekil. 7.Robotik Tutucu Tasarımları Malzemenin presten çıktıktan sonra ve henüz kumlanma işleminden geçmemesi sebebiyle renginde değişkenlik sözkonusudur. Kamerada görünmeyi kolaylaştırmak için malzemenin tamamen siyah görünebileceği alttan aydınlatmalı bir sistem kullanılmıştır (Şekil 8). (a) Üstten aydınlatma Şekil. 8.Aydınlatma Tasarımı (b) Alttan aydınlatma 2747

237 Design and Production of a Multi-Axis CNC WorkCenter with a Vision Aided Robotic Part Manipulation System, Z. S. Arseven, H. Küçük 2.7. Sistem Otomasyon Algoritması Ana program ve tüm alt programlar, makine çalıştırıldığında seçilerek döngüsel olarak koşan bir yapıdadır. Projede taharet musluğu, uzun musluk ve çamaşır musluğu parçalarının otomatik beslemesini yapmak amacıyla 3 adet ana program yazılmıştır. Bu programların çalışma mantıkları benzer olsa da kamera programları, pozisyonları ve konveyör vibratör programlarının çalışma şekilleri farklıdır. Tüm programlar için genel çalışma algoritması Şekil 9a da gösterilmektedir. Malzeme konveyör bant üzerine düştükten sonra robotun malzemeyi alma alanında bulunan bir diğer algılayıcı malzemeyi görene kadar sürekli çalışır (Şekil 9b). Algılayıcı gördükten sonra kamera tarafından fotoğraf çekilerek malzemenin uygunluğu kontrol edilir. Eğer malzeme almaya müsait ise robotun malzemeyi alması beklenir ve vibrasyon kovası ile konveyör bant programları çalışmaya başlar. Eğer malzeme almaya uygun değilse konveyör bant ilerleyerek uygun olmayan malzemeyi hazneye atar. Üç tip parçanın her biri için ayrı bir kamera programı yazılmıştır. Parçaların ön ve arka yüzeyleri simetrik olmadığından ve parçalar makinenin çenesine hep aynı pozisyonda konulması gerektiğinden parçanın her iki şekilde gelme ihtimali için şablon tanıtma yapılmıştır. Robot bir parçayı almaya giderken tutucunun başka bir parçaya çarpmasını önlemek için alan içinde sadece bir parçanın olması kontrol edilmektedir. Parçaların robot tarafından alınmasından sonra malzemenin robot parmağında düzgün tutulup tutulmadığının veya malzemede bir problem olmadığının kontrolü gerçekleştirilmektedir (Şekil 9c). 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA (a) Ana program (b) Konveyör programı (c) Kamera programı Şekil. 9.Tüm Programlar İçin Genel Çalışma Algoritması Robotik otomasyon ile parçaların işlenmesi gerekli olan uzun musluk için 9 s/adet, çamaşır musluğu için 11 s/adet ve taharet musluğu için 8 s/adet çevrim zamanlarına başarılı şekilde ulaşılmıştır. Şekil 10 da son haline getirilmiş CNC transfer makinesi, silo sistemi ve robotik otomasyon görülmektedir. 2748

238 8 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 17),19-22 October 2017, Elazığ, Turkey Şekil. 10.Üretimi Gerçekleştirilen CNC Transfer Makinesi CNC transfer makineleri üst düzey seri üretim yapan firmalara hitap ettiğinden ve ileri teknoloji gerektirdiğinden dolayı sınırlı sayıda firma tarafından üretilmektedir. Dünya da yaklaşık olarak 15 firma hidrolik transfer makinesi üretebilmektedir. CNC transfer makinesi üreticileri ise İtalya da sekiz, Almanya da bir ve İsveç te bir olmak üzere toplamda 10 kadardır. Türkiye de ise tek CNC transfer üreticisi TTM Makine San. ve Tic. Ltd. Şti dir. Dünyada bu kadar az sayıda üreticinin bulunmasına karşın hemen hemen çoğunun yüksek teknolojili tesislere sahip olması nedeni ile büyük bir rekabet yaşanmaktadır. Bu rekabet, firmaları sürekli olarak son teknolojik gelişmeleri ve yeni tasarımları, üretimini yaptıkları makinelere uyarlamaları zorunluluğunu doğurmaktadır.hidrolik transfer makineleri ile üretim gerçekleştiren üreticiler, bu projede işlenen parçaları ortalama olarak 20 s/adet kapasite ile ve robot manipülasyon yapılmadan yalnızca PLC kontrolü ile sağlayabilmektedir. Bu proje kapsamında, üniversal tekniklerle 60 saniyenin üzerinde ve iki farklı makinede üç vardiyada toplam 6 personel ile +- 0,08 mm hassasiyette işlenmekte olan klozet musluğu, uzun musluk, çamaşır musluğu parçalarının insansız olarak 24 saat kesintisiz tek makinede 7,5 ile 10 saniye aralığında, mm hassasiyette üretebilen bir makine imalatı gerçekleştirilmiştir. Bu tür makinelerin 24 saat çalıştırılma esasına göre üretildiği düşünüldüğünde projenin başarısı son kullanıcı açısından oldukça önem arzetmektedir. Ayrıca robotik programlama mühendisliğinin, tasarımın ve üretimin aynı bünyede toplanmasından ötürü verimli bilgi akışı ve zaman kazanımı sağlanmıştır. KAYNAKLAR [1] Battaïa, O., Dolgui, A., & Guschinsky, N. Integrated process planning and system configuration for mixed-model machining on rotary transfer machine. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 30(9); , [2] Nakamura, T. The Development of High Efficient Machining and Transfer Process for Cylinder Head/Block Machining Line (No ). SAE Technical Paper, [3] Mohapatra, P., Nayak, A., Kumar, S. K., & Tiwari, M. K., Multi-objective process planning and scheduling using controlled elitist non-dominated sorting genetic algorithm. International journal of production research, 53(6), , [4] Battaïa, O., Dolgui, A., Guschinsky, N., & Levin, G. Parallel Machining of Multiple Parts on Rotary Transfer Machines with Turrets. IFAC Proceedings Volumes, 46(9), , [5] Zanarini, A., Catania, G., Maggiore, A., & Meneghetti, U. Dynamic behaviour analysis and optimisation of a rotary table transfer machine. In Proceedings of the 2002 International Conference on Noise and Vibration Engineering, September, Vol. 4, p , [6] Abele, E., Versace, A., & Wörn, A, Reconfigurable Machining System (RMS) for Machining of Case and Similar Parts in Machine Building. In Reconfigurable Manufacturing Systems and Transformable Factories, Springer Berlin Heidelberg, p ,

Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts

Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts Additive Materials Used in Warm Mix Asphalts T. Alataş 1,*, A. İstek 1 Fırat Üniv. Mühendislik Fak. İnşaat Müh. Böl. Elazığ, Türkiye. Fırat Üniv. Keban MYO, Elazığ, Türkiye. Abstract Highway pavements

Detaylı

ILIK KARIġIM ASFALT KAPLAMALARIN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠ AÇISINDAN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ

ILIK KARIġIM ASFALT KAPLAMALARIN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠ AÇISINDAN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ILIK KARIġIM ASFALT KAPLAMALARIN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠ AÇISINDAN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Hasan Bozkurt 1, Cenk Karakurt 2, Murat Karacasu 3 Özet Ilık karışım asfalt, enerji tasarrufu sağlamak ve emisyonları azaltmak

Detaylı

ÇYDD: su, değeri artan stratejik bir nitelik kazanacaktır.

ÇYDD: su, değeri artan stratejik bir nitelik kazanacaktır. ÇYDD: su, değeri artan stratejik bir nitelik kazanacaktır. 2017 Dünya Su Günü Bildirisi 2016 yılı, ilk kayıtların tutulduğu 1880 yılından bu yana en sıcak yıl olarak kayda geçti. 2 yüzyıl, dünya ortalama

Detaylı

KÜRESEL ISINMA VE İKLİM DEĞİŞİKLİĞİNİN SU KAYNAKLARINA ETKİLERİ

KÜRESEL ISINMA VE İKLİM DEĞİŞİKLİĞİNİN SU KAYNAKLARINA ETKİLERİ 7. Kıyı Mühendisliği Sempozyumu - 51 - KÜRESEL ISINMA VE İKLİM DEĞİŞİKLİĞİNİN SU KAYNAKLARINA ETKİLERİ Doç. Dr. İbrahim YÜKSEL 1, Yrd. Doç. Dr. Mehmet SANDALCI 2, Arş. Gör. Gökmen ÇERİBAŞI 3, Prof. Dr.

Detaylı

CRM ve SMR DENEYSEL ÇALIŞMALARI

CRM ve SMR DENEYSEL ÇALIŞMALARI CRM ve SMR DENEYSEL ÇALIŞMALARI Y.Doç.Dr. Murat KARACASU Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Ulaştırma Anabilim Dalı Nisan 2011 TÜRKİYE DE SON 6 YILDA

Detaylı

SULAMA VE ÇEVRE. Küresel Su Bütçesi. PDF created with pdffactory trial version www.pdffactory.com. Yrd. Doç. Dr. Hakan BÜYÜKCANGAZ

SULAMA VE ÇEVRE. Küresel Su Bütçesi. PDF created with pdffactory trial version www.pdffactory.com. Yrd. Doç. Dr. Hakan BÜYÜKCANGAZ Sulama? Çevre? SULAMA VE ÇEVRE Yrd. Doç. Dr. Hakan BÜYÜKCANGAZ SULAMA: Bitkinin gereksinimi olan ancak doğal yağışlarla karşılanamayan suyun toprağa yapay yollarla verilmesidir ÇEVRE: En kısa tanımıyla

Detaylı

SÜRDÜRÜLEBİLİR HAZIR BETON ÜRETİMİNDE YÜKSEK FIRIN CÜRUFUNUN ROLÜ

SÜRDÜRÜLEBİLİR HAZIR BETON ÜRETİMİNDE YÜKSEK FIRIN CÜRUFUNUN ROLÜ SÜRDÜRÜLEBİLİR HAZIR BETON ÜRETİMİNDE YÜKSEK FIRIN CÜRUFUNUN ROLÜ İNŞ.YÜK.MÜH.YASİN ENGİN yasin.engin@gmail.com www.betonvecimento.com www.betonvecimento.com 1 "İnsanlık, gelecek kuşakların gereksinimlerine

Detaylı

Su Yapıları I Su Kaynaklarının Geliştirilmesi

Su Yapıları I Su Kaynaklarının Geliştirilmesi Su Yapıları I Su Kaynaklarının Geliştirilmesi Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yozgat Su, tüm canlılar için bir ihtiyaçtır. Su Kaynaklarının

Detaylı

SOĞUK KARIġIM TASARIMI VE KATKI MALZEMESĠ MĠKTARI-KÜR SÜRESĠ ĠLĠġKĠSĠ

SOĞUK KARIġIM TASARIMI VE KATKI MALZEMESĠ MĠKTARI-KÜR SÜRESĠ ĠLĠġKĠSĠ SOĞUK KARIġIM TASARIMI VE KATKI MALZEMESĠ MĠKTARI-KÜR SÜRESĠ ĠLĠġKĠSĠ Dr. Süreyya TAYFUR 1 Dr. Halit ÖZEN 2 B. Kadri EREN 3 ABSTRACT In our country, there are big differences between the regions in terms

Detaylı

Tablo : Türkiye Su Kaynakları potansiyeli. Ortalama (aritmetik) Yıllık yağış 642,6 mm Ortalama yıllık yağış miktarı 501,0 km3

Tablo : Türkiye Su Kaynakları potansiyeli. Ortalama (aritmetik) Yıllık yağış 642,6 mm Ortalama yıllık yağış miktarı 501,0 km3 Dünyadaki toplam su miktarı 1,4 milyar km3 tür. Bu suyun % 97'si denizlerde ve okyanuslardaki tuzlu sulardan oluşmaktadır. Geriye kalan yalnızca % 2'si tatlı su kaynağı olup çeşitli amaçlar için kullanılabilir

Detaylı

HİDROLOJİ. Buharlaşma. Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

HİDROLOJİ. Buharlaşma. Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü HİDROLOJİ Buharlaşma Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü BUHARLAŞMA Suyun sıvı halden gaz haline (su buharı) geçmesine buharlaşma (evaporasyon) denilmektedir. Atmosferden

Detaylı

HİDROLOJİ Doç.Dr.Emrah DOĞAN

HİDROLOJİ Doç.Dr.Emrah DOĞAN HİDROLOJİ Doç.Dr.Emrah DOĞAN 1-1 YARDIMCI DERS KİTAPLARI VE KAYNAKLAR Kitap Adı Yazarı Yayınevi ve Yılı 1 Hidroloji Mehmetçik Bayazıt İTÜ Matbaası, 1995 2 Hidroloji Uygulamaları Mehmetçik Bayazıt Zekai

Detaylı

Su Yapıları II. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi n aat Mühendisli i Bölümü

Su Yapıları II. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL. Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi n aat Mühendisli i Bölümü Su Yapıları II Yrd. Doç. Dr. Burhan ÜNAL Bozok Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Yozgat Su, tüm canlılar için bir ihtiyaçtır. 1 Dünya Su Kaynakları Tuzlu Sular; 97,20%

Detaylı

Hava Durumu İKLİM İklim Değişiyor Peki Siz Bunun Farkında mısınız? Sera Etkisi Ve İklim Değişikliği En önemli sera gazları Karbon dioksit (CO2) Metan (CH4) Diazot monoksit(n2o) İklim Değişikliğine Sebep

Detaylı

Enerji ve İklim Haritası

Enerji ve İklim Haritası 2013/2 ENERJİ İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ Enerji ve Çevre Yönetimi Dairesi Başkanlığı Enerji ve İklim Haritası Uzm. Yrd. Çağrı SAĞLAM 22.07.2013 Redrawing The Energy Climate Map isimli kitabın çeviri özetidir.

Detaylı

22.03.2012. Tuzlu Sular (% 97,2) Tatlı Sular (% 2,7) Buzullar (% 77) Yer altı Suları (% 22) Nehirler, Göller (% 1)

22.03.2012. Tuzlu Sular (% 97,2) Tatlı Sular (% 2,7) Buzullar (% 77) Yer altı Suları (% 22) Nehirler, Göller (% 1) Yer altı Suyu Yeraltı Suyu Hidrolojisi Giriş Hidrolojik Çevrim Enerji Denklemleri Darcy Kanunu Akifer Karakteristikleri Akım Denklemleri Akım Ağları Kuyular Yeraltısuyu Modellemesi 1 Su, tüm canlılar için

Detaylı

BÖLÜM-1 HİDROLOJİNİN TANIMI VE ÖNEMİ

BÖLÜM-1 HİDROLOJİNİN TANIMI VE ÖNEMİ BÖLÜM-1 HİDROLOJİNİN TANIMI VE ÖNEMİ 1.1 GİRİŞ Hidrolojinin kelime anlamı su bilimi olup böyle bir bilime ihtiyaç duyulması suyun doğadaki bütün canlıların yaşamını devam ettirebilmesi için gereken çok

Detaylı

ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI

ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI KONULAR 1-Güneş Enerjisi i 2-Rüzgar Enerjisi 4-Jeotermal Enerji 3-Hidrolik Enerji 4-Biyokütle Enerjisi 5-Biyogaz Enerjisi 6-Biyodizel Enerjisi 7-Deniz Kökenli Enerji 8-Hidrojen

Detaylı

POLYESTER REÇİNENİN BİTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN YÜKSEK SICAKLIK PERFORMANS SEVİYESİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ 1. Perviz AHMEDZADE*, Mehmet YILMAZ, Mesude YILMAZ

POLYESTER REÇİNENİN BİTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN YÜKSEK SICAKLIK PERFORMANS SEVİYESİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ 1. Perviz AHMEDZADE*, Mehmet YILMAZ, Mesude YILMAZ Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 24 (1-2) 227-240 (2008) http://fbe.erciyes.edu.tr/ ISSN 1012-2354 POLYESTER REÇİNENİN BİTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN YÜKSEK SICAKLIK PERFORMANS SEVİYESİ ÜZERİNDEKİ

Detaylı

Daha Yeşil ve Daha Akıllı: Bilgi ve İletişim Teknolojileri, Çevre ve İklim Değişimi

Daha Yeşil ve Daha Akıllı: Bilgi ve İletişim Teknolojileri, Çevre ve İklim Değişimi Daha Yeşil ve Daha Akıllı: Bilgi ve İletişim Teknolojileri, Çevre ve İklim Değişimi Bu sunum Greener and Smarter, ICTs, the Environment and Climate Change başlıklı Eylül 2010 tarihli OECD raporundan uyarlanmıştır.

Detaylı

HİDROLOJİ DERS NOTLARI

HİDROLOJİ DERS NOTLARI Balıkesir Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü umutokkan@balikesir.edu.tr HİDROLOJİ DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Umut OKKAN Hidrolik Anabilim Dalı Ders Kapsamında Yararlanılabilecek Bazı Kaynaklar Balıkesir

Detaylı

I.10. KARBONDİOKSİT VE İKLİM Esas bileşimi CO2 olan fosil yakıtların kullanılması nedeniyle atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu artmaktadır.

I.10. KARBONDİOKSİT VE İKLİM Esas bileşimi CO2 olan fosil yakıtların kullanılması nedeniyle atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu artmaktadır. I.10. KARBONDİOKSİT VE İKLİM Esas bileşimi CO2 olan fosil yakıtların kullanılması nedeniyle atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu artmaktadır. Fosil yakıtlar, çoğu yeşil bitkilerin fotosentez ürünü

Detaylı

Bitümlü Karışımlar. Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

Bitümlü Karışımlar. Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN Bitümlü Karışımlar Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN Bitümlü Sıcak Karışımlar (BSK) Belli orandaki, Bitüm ve aggrega, asfalt plentinde belli bir sıcaklıkta karıştırılarak elde edilir. BSK: - Aşınma tabakası -

Detaylı

I.6. METEOROLOJİ VE HAVA KİRLİLİĞİ

I.6. METEOROLOJİ VE HAVA KİRLİLİĞİ I.6. METEOROLOJİ VE HAVA KİRLİLİĞİ Meteorolojik şartlar, hava kirliliğinin sadece can sıkıcı bir durum veya insan sağlığı için ciddi bir tehdit olduğunu belirler. Fotokimyasal dumanın negatif etkileri

Detaylı

Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde Darbeli Sıkıştırmanın Etkisi

Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde Darbeli Sıkıştırmanın Etkisi 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde Darbeli Sıkıştırmanın Etkisi A.S. Karakaş 1, B. Sayın 2, B. Yıldızlar

Detaylı

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences ORGANİK ILIK KARIŞIM ASFALT KATKI MADDESİNİN BİTÜMLÜ KARIŞIMLARIN YAŞLANMA ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE

Detaylı

(Change of Water Masses-Dust Storms Interaction in Syria and Iraq) Suriye ve Irak taki Su Kütlelerindeki Değişimin Toz Fırtınaları ile İlişkisi

(Change of Water Masses-Dust Storms Interaction in Syria and Iraq) Suriye ve Irak taki Su Kütlelerindeki Değişimin Toz Fırtınaları ile İlişkisi V. ULUSLARARASI KUM VE TOZ FIRTINASI ÇALIŞTAYI ORTA DOĞU TOZ KAYNAKLARI VE ETKİLERİ 23-25 EKİM 2017, İSTANBUL (Change of Water Masses-Dust Storms Interaction in Syria and Iraq) Suriye ve Irak taki Su Kütlelerindeki

Detaylı

RÜZGAR ENERJĐSĐ. Erdinç TEZCAN FNSS

RÜZGAR ENERJĐSĐ. Erdinç TEZCAN FNSS RÜZGAR ENERJĐSĐ Erdinç TEZCAN FNSS Günümüzün ve geleceğimizin ekmek kadar su kadar önemli bir gereği; enerji. Son yıllarda artan dünya nüfusu, modern hayatın getirdiği yenilikler, teknolojinin gelişimi

Detaylı

ÇEVRESEL TEST HİZMETLERİ 2.ENVIRONMENTAL TESTS

ÇEVRESEL TEST HİZMETLERİ 2.ENVIRONMENTAL TESTS ÇEVRESEL TEST HİZMETLERİ 2.ENVIRONMENTAL TESTS Çevresel testler askeri ve sivil amaçlı kullanılan alt sistem ve sistemlerin ömür devirleri boyunca karşı karşıya kalabilecekleri doğal çevre şartlarına dirençlerini

Detaylı

Asfaltitin Bitüm ve Bitümlü Sıcak Karışımların Mekanik Özelliklerine Etkisi *

Asfaltitin Bitüm ve Bitümlü Sıcak Karışımların Mekanik Özelliklerine Etkisi * İMO Teknik Dergi, 2012 5813-5826, Yazı 371 Asfaltitin Bitüm ve Bitümlü Sıcak Karışımların Mekanik Özelliklerine Etkisi * Baha Vural KÖK* Mehmet YILMAZ** Necati KULOĞLU*** ÖZ Bu çalışmada Şırnak (Silopi)

Detaylı

SERA GAZI EMİSYONU HAKAN KARAGÖZ

SERA GAZI EMİSYONU HAKAN KARAGÖZ İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ VE SERAGAZI EMİSYONU İklim değişikliği, nedeni olursa olsun iklim koşullarındaki büyük ölçekli (küresel) ve önemli yerel etkileri bulunan, uzun süreli ve yavaş gelişen değişiklikler olarak

Detaylı

ÇALIŞMA YAPRAĞI KONU ANLATIMI

ÇALIŞMA YAPRAĞI KONU ANLATIMI ÇALIŞMA YAPRAĞI KONU ANLATIMI HATUN ÖZTÜRK 20338647 Küresel Isınma Küresel ısınma, dünya atmosferi ve okyanuslarının ortalama sıcaklıklarında belirlenen artış için kullanılan bir terimdir. Fosil yakıtların

Detaylı

Asfalt Betonu Kaplamaların Farklı Sıcaklıklarda Dayanımı

Asfalt Betonu Kaplamaların Farklı Sıcaklıklarda Dayanımı Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Der. Science and Eng. J of Fırat Univ. 17 (3), 463-469, 2005 17 (3), 463-469, 2005 Asfalt Betonu Kaplamaların Farklı Sıcaklıklarda Dayanımı Erkut SAYIN ve Bekir YILDIRIM Fırat

Detaylı

Horzumalayaka-ALAŞEHİR (MANİSA) 156 ADA 17 PARSEL DOĞAL MİNERALLİ SU ŞİŞELEME TESİSİ NAZIM İMAR PLANI AÇIKLAMA RAPORU

Horzumalayaka-ALAŞEHİR (MANİSA) 156 ADA 17 PARSEL DOĞAL MİNERALLİ SU ŞİŞELEME TESİSİ NAZIM İMAR PLANI AÇIKLAMA RAPORU Horzumalayaka-ALAŞEHİR (MANİSA) 156 ADA 17 PARSEL DOĞAL MİNERALLİ SU ŞİŞELEME TESİSİ NAZIM İMAR PLANI AÇIKLAMA RAPORU Yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde uygun jeolojik şartlarda doğal olarak oluşan,

Detaylı

Su ayak izi ve turizm sektöründe uygulaması. Prof.Dr.Bülent Topkaya Akdeniz Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü

Su ayak izi ve turizm sektöründe uygulaması. Prof.Dr.Bülent Topkaya Akdeniz Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Su ayak izi ve turizm sektöründe uygulaması Prof.Dr.Bülent Topkaya Akdeniz Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Kapsam Ayak izi kavramı Türkiye de su yönetimi Sanal su Su ayak izi ve turizm Karbon ayak

Detaylı

Güneş enerjisi kullanılarak sulama sistemleri için yeni bilgi tabanlı model

Güneş enerjisi kullanılarak sulama sistemleri için yeni bilgi tabanlı model 2016 Güneş enerjisi kullanılarak sulama sistemleri için yeni bilgi tabanlı model İsmet Kandilli 1 Ali Güven 2, Ercüment Karakaş 3, Melih Kuncan 4 1 Kocaeli Üniversitesi, Karamürsel MYO, Elektronik ve Otomasyon

Detaylı

T.C. ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI ÇEVRE YÖNETİMİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ YER SEVİYESİ OZON KİRLİLİĞİ BİLGİ NOTU

T.C. ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI ÇEVRE YÖNETİMİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ YER SEVİYESİ OZON KİRLİLİĞİ BİLGİ NOTU T.C. ÇEVRE VE ŞEHİRCİLİK BAKANLIĞI ÇEVRE YÖNETİMİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ YER SEVİYESİ OZON KİRLİLİĞİ BİLGİ NOTU Temmuz 2014 OZON NEDİR Ozon (O 3 ) üç tane oksijen atomunun birleşmesi ile oluşmaktadır. Ozon, atmosferde

Detaylı

%78 Azot %21 Oksijen %1 Diğer gazlar

%78 Azot %21 Oksijen %1 Diğer gazlar Küresel Isınma MMO LPG Personel Eğitimi Çalışma Notlarından Geliştirilerek Tanzim Edilmiştir. İklim Nedir? iklim sözcüğü dilimize Arapça dan girmiştir. Aynı sözcük Latince klimatis ve Yunanca klima sözcüklerinden

Detaylı

Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS

Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ABD YÜKSEK LİSANS ANABİLİM DALI KODU : 81109 01.Yarıyıl Dersleri Ders Kodu INS735* 02.Yarıyıl Dersleri Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS Ders Kodu Ders

Detaylı

1.10.2015. Kömür ve Doğalgaz. Öğr. Gör. Onur BATTAL

1.10.2015. Kömür ve Doğalgaz. Öğr. Gör. Onur BATTAL Kömür ve Doğalgaz Öğr. Gör. Onur BATTAL 1 2 Kömür yanabilen sedimanter organik bir kayadır. Kömür başlıca karbon, hidrojen ve oksijen gibi elementlerin bileşiminden oluşmuş, diğer kaya tabakalarının arasında

Detaylı

YAPI MALZEMESİ YAPI MALZEMESİNE GİRİŞ

YAPI MALZEMESİ YAPI MALZEMESİNE GİRİŞ YAPI MALZEMESİNE GİRİŞ KAYNAK KİTAPLAR 1.) Yapı Malzemesi-II (Bülent BARADAN) DEU 2.) Yapı Malzemesi ve Beton (M. Selçuk GÜNER, Veli SÜME) 3.) Yapı Malzemesi (Bekir POSTACIOĞLU) 4.) Yapı Malzemesi Problemleri

Detaylı

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ (Y.L.) PROGRAMI EĞİTİM ÖĞRETİM YILI DERS KATALOĞU

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ (Y.L.) PROGRAMI EĞİTİM ÖĞRETİM YILI DERS KATALOĞU T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ (Y.L.) PROGRAMI -5 EĞİTİM ÖĞRETİM YILI DERS KATALOĞU Ders Kodu Bim Kodu Ders Adı Türkçe Ders Adı İngilizce Dersin Dönemi T Snf Açıl.Dönem

Detaylı

5. SINIF FEN BİLİMLERİ YER KABUĞUNUN GİZEMİ TESTİ

5. SINIF FEN BİLİMLERİ YER KABUĞUNUN GİZEMİ TESTİ 1) Aşağıdaki anıtlardan hangisi diğerlerinden farklıdır? A) B) C) D) 2) I Arazide daha önce olmayan, kaynak suların, suya doygun alanların ve su sızıntılarının oluşması. II Bina temelleri altında çatlama,

Detaylı

FARKLI PENETRASYON DERECELERİNE SAHİP ASFALT ÇİMENTOLARININ KALICI DEFORMASYONA KARŞI DAYANIMLARININ VE İŞLENEBİLİRLİKLERİNİN İNCELENMESİ

FARKLI PENETRASYON DERECELERİNE SAHİP ASFALT ÇİMENTOLARININ KALICI DEFORMASYONA KARŞI DAYANIMLARININ VE İŞLENEBİLİRLİKLERİNİN İNCELENMESİ FARKLI PENETRASYON DERECELERİNE SAHİP ASFALT ÇİMENTOLARININ KALICI DEFORMASYONA KARŞI DAYANIMLARININ VE İŞLENEBİLİRLİKLERİNİN İNCELENMESİ Necati KULOĞLU Mehmet YILMAZ Baha Vural KÖK Özet: Ülkemizde esnek

Detaylı

Sıkıştırılmış Asfalt Betonun Bitüm Yüzdesinin Tayini

Sıkıştırılmış Asfalt Betonun Bitüm Yüzdesinin Tayini Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Der. Science and Eng. J. of Fırat Univ. (4), 693-698, 25 (4), 693-698, 25 Sıkıştırılmış Asfalt Betonun Bitüm Yüzdesinin Tayini Remzi NAMLI Fırat Üniversitesi Teknik Bilimler

Detaylı

KONU MOTORLARIN ÇEVREYE OLUMSUZ ETKĠLERĠ VE BU ETKĠLERĠN AZALTILMASI

KONU MOTORLARIN ÇEVREYE OLUMSUZ ETKĠLERĠ VE BU ETKĠLERĠN AZALTILMASI KONU MOTORLARIN ÇEVREYE OLUMSUZ ETKĠLERĠ VE BU ETKĠLERĠN AZALTILMASI HAVA Etrafımızı saran gaz karışımıdır ( Atmosfer). Kuru Temiz hava içerisinde yaklaģık olarak ; - %78 Azot - %21 Oksijen - %0,03 Karbondioksit

Detaylı

Doğalgaz Kullanımı ve Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi

Doğalgaz Kullanımı ve Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi Doğalgaz Kullanımı ve Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi Aslı İşler, Enerji Ekonomisi Derneği Filiz Karaosmanoğlu, İstanbul Teknik Üniversitesi 29 Mayıs 2013 İÇERİK Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi Doğalgaz ve

Detaylı

1. İklim Değişikliği Nedir?

1. İklim Değişikliği Nedir? 1. İklim Değişikliği Nedir? İklim, en basit ifadeyle, yeryüzünün herhangi bir yerinde uzun yıllar boyunca yaşanan ya da gözlenen tüm hava koşullarının ortalama durumu olarak tanımlanabilir. Yerküre mizin

Detaylı

İnsanlar tarafından atmosfere salınan gazların sera etkisi yaratması sonucunda dünya yüzeyinde sıcaklığın artmasına küresel ısınma denmektedir.

İnsanlar tarafından atmosfere salınan gazların sera etkisi yaratması sonucunda dünya yüzeyinde sıcaklığın artmasına küresel ısınma denmektedir. Küresel Isınma İnsanlar tarafından atmosfere salınan gazların sera etkisi yaratması sonucunda dünya yüzeyinde sıcaklığın artmasına küresel ısınma denmektedir. fosil yakıtların yakılması, ormansızlaşma,hızlı

Detaylı

Ayxmaz/biyoloji. Azot döngüsü. Azot kaynakları 1. Atmosfer 2. Su 3. Kara 4. Canlılar. Azot döngüsü

Ayxmaz/biyoloji. Azot döngüsü. Azot kaynakları 1. Atmosfer 2. Su 3. Kara 4. Canlılar. Azot döngüsü Azot döngüsü Azot kaynakları 1. Atmosfer 2. Su 3. Kara 4. Canlılar Azot döngüsü 1. Azot bitkiler tarafından organik moleküllerin (A.asit,organik baz vb.)yapısına katılır. 2. Bitkiler azotu sadece NO3-

Detaylı

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma Vol./Cilt 25 Issue/Sayı 4 Araştırma Makalesi / Research Article APPROPRIATE BINDER SELECTION TO APPLICATION REGION

Detaylı

KİŞİSEL BİLGİLER EĞİTİM BİLGİLERİ

KİŞİSEL BİLGİLER EĞİTİM BİLGİLERİ KİŞİSEL BİLGİLER Adı Soyadı Dr. Nil KORKMAZ Ünvan Ziraat Yüksek Mühendisi Telefon (232) 832 10 02 E-mail nil.korkmaz@gthb.gov.tr Doğum Tarihi - Yeri 1962-İzmir Doktora Üniversite Adı EĞİTİM BİLGİLERİ Ege

Detaylı

TÜRKİYE DE SATHİ KAPLAMALARDA KULLANILAN BİTÜMLERİN PERFORMANS SINIFLARININ BELİRLENMESİ

TÜRKİYE DE SATHİ KAPLAMALARDA KULLANILAN BİTÜMLERİN PERFORMANS SINIFLARININ BELİRLENMESİ Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University Cilt 29, No 4, 689698, 2014 Vol 29, No 4, 689698, 2014 TÜRKİYE DE SATHİ KAPLAMALARDA KULLANILAN

Detaylı

Sivas Divriği Çelik Cürufunun Bitümlü Sıcak Karışımlarda Kullanılabilirliliği

Sivas Divriği Çelik Cürufunun Bitümlü Sıcak Karışımlarda Kullanılabilirliliği C.Ü. Fen-Edebiyat Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi (2009)Cilt 30 Sayı 1 Sivas Divriği Çelik Cürufunun Bitümlü Sıcak Karışımlarda Kullanılabilirliliği Baha Vural KÖK, Mehmet YILMAZ*, Mesude YILMAZ Fırat

Detaylı

Ayrıca, bu kitapta sunulan bilgilerin İnşaat Mühendislerine de meslek yaşamları boyunca yararlı olacağı umulmaktadır.

Ayrıca, bu kitapta sunulan bilgilerin İnşaat Mühendislerine de meslek yaşamları boyunca yararlı olacağı umulmaktadır. Önsöz Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, İNŞ 2023 Yapı Malzemesi I (3+0) dersinde kullanılmak üzere hazırlanan bu kitap, İNŞ 2024 Yapı Malzemesi II dersinde kullanılan

Detaylı

simplan www.standartizolasyon.com

simplan www.standartizolasyon.com simplan www.standartizolasyon.com Kalite Politikamız Kalite ve başarının temelini, doğru proje, doğru altyapı, doğru ürün ile doğru uygulamanın oluşturduğuna inanan ve bu doğrultuda sektörüne alternatif

Detaylı

ENERJİ TASARRUFU VE ENERJİ ETKİNLİKLERİ YEŞİL BİNALAR M.ERDİNÇ VARLIBAŞ / CEO FORUM İSTANBUL 2023 E DOĞRU-IX / SWISSOTEL 21 MAYIS 2010

ENERJİ TASARRUFU VE ENERJİ ETKİNLİKLERİ YEŞİL BİNALAR M.ERDİNÇ VARLIBAŞ / CEO FORUM İSTANBUL 2023 E DOĞRU-IX / SWISSOTEL 21 MAYIS 2010 ENERJİ TASARRUFU VE ENERJİ ETKİNLİKLERİ YEŞİL BİNALAR M.ERDİNÇ VARLIBAŞ / CEO FORUM İSTANBUL 2023 E DOĞRU-IX / SWISSOTEL 21 MAYIS 2010 Gelecek kuşakların ihtiyaç duyacağı kaynakların varlığını ve kalitesini

Detaylı

2004 Üniversitesi Y. Lisans İnşaat Mühendisliği İzmir Yüksek 2008 Teknoloji Enstitüsü Doktora İnşaat Mühendisliği Ege Üniversitesi 2015

2004 Üniversitesi Y. Lisans İnşaat Mühendisliği İzmir Yüksek 2008 Teknoloji Enstitüsü Doktora İnşaat Mühendisliği Ege Üniversitesi 2015 ÖZGEÇMİŞ 1. Adı Soyadı: Eyyüb KARAKAN 2. Doğum Tarihi: 23.06.1980 3. Ünvanı: Yrd. Doç. Dr. 4. Öğrenim Durumu: Doktora Derece Alan Üniversite Yıl Lisans Çukurova 2004 Üniversitesi Y. Lisans İzmir Yüksek

Detaylı

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON-2

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON-2 SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON-2 Yrd.Doç.Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları & Teknolojileri Mühendisliği Bölümü Kaynak: YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI VE TEKNOLOJİLERİ

Detaylı

INSA354 ZEMİN MEKANİĞİ

INSA354 ZEMİN MEKANİĞİ INSA354 ZEMİN MEKANİĞİ Dr. Ece ÇELİK 1. Kompaksiyon 2 Kompaksiyon (sıkıştırma) Kompaksiyon mekanik olarak zeminin yoğunluğunu artırma yöntemi olarak tanımlanmaktadır. Yapı işlerinde kompaksiyon, inşaat

Detaylı

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Ford Otosan İhsaniye Otomotiv MYO

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Ford Otosan İhsaniye Otomotiv MYO KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Ford Otosan İhsaniye Otomotiv MYO Yüzey İşlemleri Ar-Ge Laboratuarı Yıllık Rapor/ 2014 2 Ġçindekiler Giriş Alt Yapı Çalışmaları Çalışma Grupları Yürütülen/Tamamlanan Projeler Yürütülen/

Detaylı

Sürdürülebilirlik ve Kaynak Verimliliğine Yönelik Güncel Gelişme ve Yaklaşımlar

Sürdürülebilirlik ve Kaynak Verimliliğine Yönelik Güncel Gelişme ve Yaklaşımlar Sürdürülebilirlik ve Kaynak Verimliliğine Yönelik Güncel Gelişme ve Yaklaşımlar Prof.Dr. Göksel N. Demirer Orta Doğu Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Temiz Gelecek Gençlerle Gelecek Projesi

Detaylı

KUTUPLARDAKİ OZON İNCELMESİ

KUTUPLARDAKİ OZON İNCELMESİ KUTUPLARDAKİ OZON İNCELMESİ Bilim adamlarınca, geçtiğimiz yıllarda insan faaliyetlerindeki artışa paralel olarak, küresel ölçekte çevre değişiminde ve problemlerde artış olduğu ifade edilmiştir. En belirgin

Detaylı

Sürdürülebilir Kalkınmada Asfalt Yolların Konumu ve Yeni Yaklaşımlar. Gülay Malkoç ASMÜD

Sürdürülebilir Kalkınmada Asfalt Yolların Konumu ve Yeni Yaklaşımlar. Gülay Malkoç ASMÜD Sürdürülebilir Kalkınmada Asfalt Yolların Konumu ve Yeni Yaklaşımlar Gülay Malkoç ASMÜD İçerik 1. Sürdürülebilir Kalkınmanın Parametreleri 2. Asfalt Yol Endüstrisinin Konumu 3. Endüstriyi Etkileyecek Yeni

Detaylı

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING AA5049 ALÜMİNYUM ALAŞIMI LEVHALARIN İKİZ MERDANELİ SÜREKLİ DÖKÜM TEKNİĞİ İLE ÜRETİMİ Koray TURBALIOĞLU Teknik Alüminyum San. A.Ş., İstanbul koray.turbalioglu@teknikaluminyum.com.tr ÖZET AA5049 alaşımı

Detaylı

Su temini açısından en değerli sular atmosferden yağışla gelen, yer üstü ve yer altında bulunan tatlı sulardır.

Su temini açısından en değerli sular atmosferden yağışla gelen, yer üstü ve yer altında bulunan tatlı sulardır. Yer küresindeki su rezervi= yaklaşık 1.36 10 9 km 2. %97 si okyanuslarda %3 ü de göller, nehirler ve yer altı su yataklarında Su temini açısından en değerli sular atmosferden yağışla gelen, yer üstü ve

Detaylı

taze beton işlenebilirlik

taze beton işlenebilirlik 8 taze beton işlenebilirlik Paki Turgut Kaynaklar 1) Hewlett PC, Cement Admixture: uses and applications, Cement Admixture Association 2) Domone P, Illston J, Construction Materials, 4th Edition 3) Mindess

Detaylı

SERA GAZI SALIMLARININ DEĞERLEND

SERA GAZI SALIMLARININ DEĞERLEND KAPANIŞ KONFERANSI 2006 ENVANTERİ IŞIĞINDAINDA 1990-2004 DÖNEMD NEMİNDE NDE TÜRKT RKİYE NİN SERA GAZI SALIMLARININ DEĞERLEND ERLENDİRMESİ 9 Ocak 2008, Ankara Bilgi Kaynakları Sıra No. Belge Adı/Numara

Detaylı

DOLGULU KOLONDA AMONYAK ÇÖZELTİSİNE KARBON DİOKSİTİN ABSORPSİYONU

DOLGULU KOLONDA AMONYAK ÇÖZELTİSİNE KARBON DİOKSİTİN ABSORPSİYONU DOLGULU KOLONDA AMONYAK ÇÖZELTİSİNE KARBON DİOKSİTİN ABSORPSİYONU Duygu UYSAL, Ö. Murat DOĞAN, Bekir Zühtü UYSAL Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü ve Temiz Enerji Araştırma

Detaylı

Farklı Tasarım Yöntemlerine Göre Hazırlanmış Asfalt Beton Numunelerinin Rijitliği

Farklı Tasarım Yöntemlerine Göre Hazırlanmış Asfalt Beton Numunelerinin Rijitliği Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Der. Science and Eng. J of Fırat Univ. 18 (2), 235-241, 2006 18 (2), 235-241, 2006 Farklı Tasarım Yöntemlerine Göre Hazırlanmış Asfalt Beton lerinin Rijitliği Remzi NAMLI ve

Detaylı

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi YDGA2005 - Yığma Yapıların Deprem Güvenliğinin Arttırılması Çalıştayı, 17 Şubat 2005, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara. Güçlendirme Alternatiflerinin Doğrusal Olmayan Analitik Yöntemlerle İrdelenmesi

Detaylı

Beton Melike Sucu ZEMİN BETONLARINDA KALSİYUM ALÜMİNAT ÇİMENTOSU KULLANIMI. Nisan, 17

Beton Melike Sucu ZEMİN BETONLARINDA KALSİYUM ALÜMİNAT ÇİMENTOSU KULLANIMI. Nisan, 17 Beton 2017 Melike Sucu ZEMİN BETONLARINDA KALSİYUM ALÜMİNAT ÇİMENTOSU KULLANIMI Nisan, 17 İçerik NEDEN KAÇ KAÇ MİKROYAPI VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ KAÇ HİDRATASYONU ATAKLARA KARŞI DAYANIM KİMYASAL ATAKLAR

Detaylı

SHINGLE ATIKLARININ ASFALT BETONU KAPLAMALAR İÇERİSİNDE KULLANIMININ ARAŞTIRILMASI

SHINGLE ATIKLARININ ASFALT BETONU KAPLAMALAR İÇERİSİNDE KULLANIMININ ARAŞTIRILMASI ISSN:1306-3111 e-journal of New World Sciences Academy 2011, Volume: 6, Number: 4, Article Number: 1A0241 Bekir Aktaş 1 Mustafa Karaşahin 2 Ercan Akkoç 3 Cahit Gürer 4 Volkan Emre Uz 5 ENGINEERING SCIENCES

Detaylı

ÇELİK LİFLERİN TAZE BETON ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ EFFECT OF STEEL FIBERS ON FRESH CONCRETE PROPERTIES

ÇELİK LİFLERİN TAZE BETON ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ EFFECT OF STEEL FIBERS ON FRESH CONCRETE PROPERTIES ÇELİK LİFLERİN TAZE BETON ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ Burak Işıkdağ 1, İlker Bekir Topçu 2, Seyfettin Umut Umu 3 Özet Bu çalışmada çelik lifli taze betonlarda (ÇLB) çelik liflerin beton kıvamına etkisi araştırıldı.

Detaylı

Doğal Su Ekosistemleri. Yapay Su Ekosistemleri

Doğal Su Ekosistemleri. Yapay Su Ekosistemleri Okyanuslar ve denizler dışında kalan ve karaların üzerinde hem yüzeyde hem de yüzey altında bulunan su kaynaklarıdır. Doğal Su Ekosistemleri Akarsular Göller Yer altı su kaynakları Bataklıklar Buzullar

Detaylı

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Yıl: 10 Sayı: 20 Güz 201 s.119-126 DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Detaylı

Sera Etkisi. Gelen güneş ışınlarının bir kısmı bulutlar tarafında bloke edilmekte. Cam tarafından tutulan ısı

Sera Etkisi. Gelen güneş ışınlarının bir kısmı bulutlar tarafında bloke edilmekte. Cam tarafından tutulan ısı Sera Etkisi Bir miktarda ısı arz dan kaçmakta Gelen güneş ışınlarının bir kısmı bulutlar tarafında bloke edilmekte CO2 tarafından tutulan Isının bir kısmı tekrar atmosfere kaçabilir. Cam tarafından tutulan

Detaylı

SU MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ YRD. DOÇ. DR. FATİH TOSUNOĞLU

SU MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ YRD. DOÇ. DR. FATİH TOSUNOĞLU SU MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ YRD. DOÇ. DR. FATİH TOSUNOĞLU DERS HAKKINDA GENEL BİLGİLER Görüşme Saatleri:---------- Tavsiye edilen kitaplar: 1-Kavramsal su mühendisliği, Prof.Dr. A.Melih Yanmaz, Prof. Dr. Nurunnisa

Detaylı

YARASA VE ÇİFTLİK GÜBRESİNİN BAZI TOPRAK ÖZELLİKLERİ ve BUĞDAY BİTKİSİNİN VERİM PARAMETRELERİ ÜZERİNE ETKİSİ

YARASA VE ÇİFTLİK GÜBRESİNİN BAZI TOPRAK ÖZELLİKLERİ ve BUĞDAY BİTKİSİNİN VERİM PARAMETRELERİ ÜZERİNE ETKİSİ ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ YARASA VE ÇİFTLİK GÜBRESİNİN BAZI TOPRAK ÖZELLİKLERİ ve BUĞDAY BİTKİSİNİN VERİM PARAMETRELERİ ÜZERİNE ETKİSİ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA ANABİLİM

Detaylı

Effect of Glass Fiber Addition on the Compressive and Tensile Strength of Concrete

Effect of Glass Fiber Addition on the Compressive and Tensile Strength of Concrete Politeknik Dergisi Cilt:13 Sayı: 3 s. 239243, 2010 Journal of Polytechnic Vol: 13 No: 3 pp. 239243, 2010 Cam Elyaf Katkısının Betonun Basınç ve Çekme Dayanımı Üzerindeki Etkisi Servet YILDIZ, Yakup BÖLÜKBAŞ,

Detaylı

DİYARBAKIR MERMER TOZ ARTIKLARININ TAŞ MASTİK ASFALT YAPIMINDA KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

DİYARBAKIR MERMER TOZ ARTIKLARININ TAŞ MASTİK ASFALT YAPIMINDA KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI DİYARBAKIR MERMER TOZ ARTIKLARININ TAŞ MASTİK ASFALT YAPIMINDA KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI 1.GİRİŞ Mermer üretiminde ülkemiz dünyada önemli bir yere sahiptir. Mermer ocak işletmeciliği ve işleme

Detaylı

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi Alptekin Kısasöz 1,a, Ahmet Karaaslan 1,b 1 Yildiz Technical University, Department of Metallurgical

Detaylı

İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ

İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ İTME ANALİZİ KULLANILARAK YÜKSEK RİSKLİ DEPREM BÖLGESİNDEKİ BİR PREFABRİK YAPININ SİSMİK KAPASİTESİNİN İNCELENMESİ ÖZET: B. Öztürk 1, C. Yıldız 2 ve E. Aydın 3 1 Yrd. Doç. Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Niğde

Detaylı

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU SÜLEYMAN ÇINAR ÇAĞAN MERSİN ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI YÜKSEK LİSANS TEZİ

Detaylı

KADIKÖY BELEDİYESİ ÇEVRE KORUMA MÜDÜRLÜĞÜ

KADIKÖY BELEDİYESİ ÇEVRE KORUMA MÜDÜRLÜĞÜ KADIKÖY BELEDİYESİ ÇEVRE KORUMA MÜDÜRLÜĞÜ ÇEVRE NEDİR? İçinde bulunduğumuz canlı, cansız tüm varlıkların birbirleri ile ilişkilerini içine alan ortam. Çevrenin doğal yapısını ve bileşiminin bozulmasını,

Detaylı

METİLEN MAVİSİ DEĞERİ YÜKSEK AGREGALAR VE FARKLI ÖZELLİKTEKİ KİMYASAL KATKILARLA YAPILAN BETON ÇALIŞMALARI

METİLEN MAVİSİ DEĞERİ YÜKSEK AGREGALAR VE FARKLI ÖZELLİKTEKİ KİMYASAL KATKILARLA YAPILAN BETON ÇALIŞMALARI METİLEN MAVİSİ DEĞERİ YÜKSEK AGREGALAR VE FARKLI ÖZELLİKTEKİ KİMYASAL KATKILARLA YAPILAN BETON ÇALIŞMALARI CONCRETE WORKS CARRIED OUT BY THE AGGREGATES WITH HIGH METHYLENE BLUE VALUE AND DIFFERENT BASED

Detaylı

Enervis H o ş g e l d i n i z Ekim 2015

Enervis H o ş g e l d i n i z Ekim 2015 Enervis H o ş g e l d i n i z Ekim 2015 Dünya Enerji Genel Görünümü Genel Görünüm Dünya Birincil Enerji Tüketimi 2013-2035 2013 2035F Doğalgaz %24 Nükleer %4 %7 Hidro %2 Yenilenebilir Petrol %33 Kömür

Detaylı

ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2014 Yılı DÖNER SERMAYE FİYAT LİSTESİ

ADANA BİLİM VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2014 Yılı DÖNER SERMAYE FİYAT LİSTESİ Kullanılıyor Mesai içi 1. AGREGA DENEYLERİ 1.1. Elek analizleri 150 1.2. Agrega özgül ağırlığının bulunması 130 1.3. Agrega su muhtevasının bulunması 130 1.4. Los Angeles deneyi ile aşınma kaybının bulunması

Detaylı

DOĞA - İNSAN İLİŞKİLERİ VE ÇEVRE SORUNLARININ NEDENLERİ DERS 3

DOĞA - İNSAN İLİŞKİLERİ VE ÇEVRE SORUNLARININ NEDENLERİ DERS 3 DOĞA - İNSAN İLİŞKİLERİ VE ÇEVRE SORUNLARININ NEDENLERİ DERS 3 İnsan yaşamı ve refahı tarihsel süreç içinde hep doğa ve doğal kaynaklarla kurduğu ilişki ile gelişmiştir. Özellikle sanayi devrimine kadar

Detaylı

beton karışım hesabı

beton karışım hesabı 9 beton karışım hesabı Paki Turgut Kaynaklar 1) TS 802 Beton Karışım Tasarımı Hesap Esasları 2) Domone P, Illston J, Construction Materials, 4th Edition 3) Mindess S et al., Concrete, 2nd Edition 4) Portland

Detaylı

YAZILI SINAV CEVAP ANAHTARI COĞRAFYA

YAZILI SINAV CEVAP ANAHTARI COĞRAFYA YAZILI SINAV CEVAP ANAHTARI COĞRAFYA CEVAP 1: (TOPLAM 10 PUAN) 1.1: 165 150 = 15 meridyen fark vardır. (1 puan) 15 x 4 = 60 dakika = 1 saat fark vardır. (1 puan) 12 + 1 = 13 saat 13:00 olur. (1 puan) 1.2:

Detaylı

LAND DEGRADATİON. Hanifi AVCI AGM Genel Müdür Yardımcısı

LAND DEGRADATİON. Hanifi AVCI AGM Genel Müdür Yardımcısı ARAZİ BOZULUMU LAND DEGRADATİON Hanifi AVCI AGM Genel Müdür Yardımcısı LAND DEGRADATİON ( ARAZİ BOZULUMU) SOİL DEGRADATİON (TOPRAK BOZULUMU) DESERTİFİCATİON (ÇÖLLEŞME) Arazi Bozulumu Nedir - Su ve rüzgar

Detaylı

ASFALT BETONU BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM 03.06.2014 BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM TİPLERİ

ASFALT BETONU BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM 03.06.2014 BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM TİPLERİ BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM BİTÜMLÜ SICAK KARIŞIM TİPLERİ asfalt olarak da adlandırılan bitümlü sıcak karışım, asfalt plentlerinde 160 0 C civarında ısıtılmış mineral agrega ile bitümün karıştırılmasıyla elde

Detaylı

AR-GE DAİRESİ BAŞKANLIĞI VE AR-GE BAŞMÜHENDİSLİKLERİ LABORATUVARLARI

AR-GE DAİRESİ BAŞKANLIĞI VE AR-GE BAŞMÜHENDİSLİKLERİ LABORATUVARLARI AR-GE DAİRESİ BAŞKANLIĞI VE AR-GE BAŞMÜHENDİSLİKLERİ LABORATUVARLARI AR-GE DAİRESİ BAŞKANLIĞI AR-GE DAİRESİ BAŞKANLIĞI LABORATUVARLARI BETON LABORATUVARI MEKANİK LABORATUVARI FİZİK LABORATUVARI KİMYA LABORATUVARI

Detaylı

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/6) Akreditasyon Kapsamı

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/6) Akreditasyon Kapsamı Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/6) Deney Laboratuvarı Adresi : Şerifali Çiftliği Hendem cad. No:58 Kat:1 Yukarıdudullu Ümraniye 34775 İSTANBUL / TÜRKİYE Tel : 0 216 420 47 52 Faks : 0 216 466 31

Detaylı

BÖLÜM 2. ESNEK ÜSTYAPILAR

BÖLÜM 2. ESNEK ÜSTYAPILAR BÖLÜM 2. ESNEK ÜSTYAPILAR Esnek üstyapılar, taşıtlar için gerekli performansı (sürüş konforu ve emniyeti sağlayabilme özelliğine) sağlayan ve taşıtların neden olduğu gerilmelere karşı yeterince stabiliteye

Detaylı

PROJE TABANLI DENEY UYGULAMASI

PROJE TABANLI DENEY UYGULAMASI PROJE TABANLI DENEY UYGULAMASI DERSĐN SORUMLUSU:Prof.Dr.Đnci MORGĐL HAZIRLAYAN:S.Erman SEVDĐ DENEYĐN ADI:FOTOVOLTAĐK PĐL YAPIMI;GÜNEŞ ENERJĐSĐNDEN ELEKTRĐK ÜRETĐMĐ DENEYĐN AMACI:GÜNEŞ ENERJĐSĐNDEN ELEKTRĐK

Detaylı

Tesisatlarda Enerji Verimliliği & Isı Yalıtımı

Tesisatlarda Enerji Verimliliği & Isı Yalıtımı Türk Sanayisinde Enerji Verimliliği Semineri - 11 Mart 2009 İstanbul Sanayi Odası - Türkiye Tesisatlarda Enerji Verimliliği & Isı Yalıtımı Timur Diz Teknik İşler ve Eğitim Koordinatörü İZODER Isı Su Ses

Detaylı

Suyun yeryüzünde, buharlaşma, yağış, yeraltına süzülme, kaynak ve akarsu olarak tekrar çıkma, bir göl veya denize akma vs gibi hareketlerine su

Suyun yeryüzünde, buharlaşma, yağış, yeraltına süzülme, kaynak ve akarsu olarak tekrar çıkma, bir göl veya denize akma vs gibi hareketlerine su Suyun yeryüzünde, buharlaşma, yağış, yeraltına süzülme, kaynak ve akarsu olarak tekrar çıkma, bir göl veya denize akma vs gibi hareketlerine su döngüsü denir. Su döngüsünü harekete geçiren güneş, okyanuslardaki

Detaylı

II. ULUSAL TAŞKIN SEMPOZYUMU

II. ULUSAL TAŞKIN SEMPOZYUMU II. ULUSAL TAŞKIN SEMPOZYUMU İKLİM DEĞİŞİMİ, ERKEN UYARI SİSTEMLERİ VE YENİLİKLER ÇALIŞTAYI BİLDİRİ SUNUMU ÇALIŞTAY KOMİTESİ ADINA AYŞE TÜRKMEN Alternatifi olmayan ve insanoğlu tarafından üretilemeyen

Detaylı